Armare din materiale compozite - un pas în viitor

Gusevsky Andrey Anatolievici

Tije profilate periodice din fibră de sticlă

Știm cu toții că produsele și structurile din beton sunt armate în interior, deoarece acestea le crește semnificativ rezistența și rezistența la fisuri. Tijele sau sârmele din oțel fac față perfect sarcinii care le este atribuită, dar au două dezavantaje. Primul este rezistența scăzută la coroziune a metalului, iar al doilea este prețul ridicat.

Armătura realizată pe baza plasticului este de două până la trei ori mai ieftină, are o greutate mai mică, nu se teme de coroziune, iar rezistența sa este suficientă pentru a fi folosită în construcții cu un nivel scăzut și nu numai. Cu toate acestea, mulți oameni nici nu bănuiesc existența acesteia - așa că am decis să eliminăm acest decalaj.

Armare nemetalică: istoricul aspectului și dezvoltării

Ca de obicei, orice noutate la o examinare mai atentă nu se dovedește a fi deloc. Pur și simplu, din momentul în care a apărut prima idee, până la punerea ei în aplicare și recunoașterea universală, trec deseori decenii. Aceeași poveste s-a întâmplat și cu armăturile nemetalice, interesul pentru care în țară a apărut acum jumătate de secol.

Coroziunea armăturii din oțel provoacă distrugerea stratului protector din beton

Asa de:

• Acesta a fost legat de necesitatea ridicării structurilor de beton, care trebuiau operate în condiții agresive. În modul umed - și chiar dacă nu este apă pură, ci unele lichide chimice, este foarte dificil și nu este ieftin să ofere rezistență la coroziune pentru armarea tradițională din oțel.
• Uneori, a devenit necesară și crearea de structuri cu proprietăți dielectrice și antimagnetice - de exemplu, în timpul construcției de institute de cercetare sau centre medicale în care s-a instalat echipament sensibil.
• În proiectele în care ar trebui să se aplice construcții ușoare cu un nivel de rezistență suficient de ridicat, numai o combinație de beton de înaltă calitate cu armătură compozită ar putea oferi aceste cerințe. Apropo, betonul în sine, când i se adaugă polimer sau fibră de oțel, poate fi considerat și un material compozit.

În plus, în țară, cu o cerere în creștere constantă de oțel, a existat un deficit de producție de minere care le-ar putea satisface, și a existat, de asemenea, o lipsă de aditivi cu care a fost realizată alierea. Era evident că a maturizat nevoia de a crea o armătură nemetalică, ceea ce i-a determinat pe dezvoltatori, ca să spunem așa, la noi realizări.

Cum a început totul cu noi

Prima tehnologie pentru fabricarea armăturii cu un diametru de 6 mm, pe bază de fibră de sticlă cu aditivi de zirconiu, a fost dezvoltată în Uniunea în anii șaptezeci. Baza sa de susținere a fost creată dintr-o fibră alcalină fără sticlă cu un diametru de până la 15 microni, ale cărei grinzi au fost combinate în tije folosind rășini sintetice.

• Desigur, nu au început imediat să folosească o astfel de armare, dar la început au studiat doar proprietățile sale: mecanica, rezistența chimică și durabilitatea. Conform rezultatelor observațiilor, compoziția compozitului s-a îmbunătățit până când a fost posibilă obținerea tijelor cu modul elastic de 50 mii MPa și rezistență la tracțiune de 1,5 mii MPa.
• Rezistența la încovoiere a fost testată prin fabricarea prototipurilor de produse din beton realizate cu armătură din fibră de sticlă și supuse sarcinilor statice.Primele astfel de produse au fost suporturi transversale pentru liniile electrice, care au fost montate pe site-uri experimentale.
• Pe baza rezultatelor experimentelor, TU-urile au fost dezvoltate pentru fabricarea armăturii din fibră de sticlă, precum și condițiile pentru proiectarea structurilor de beton cu utilizarea acesteia. În paralel, au fost recomandate domenii de aplicare a noului material, care includeau nu numai construcțiile, ci și industria chimică, metalurgia.

Cu toate acestea, utilizarea pe scară largă a armăturii nemetalice nu a funcționat atunci. Practic, a început să fie utilizat pentru fabricarea de grămezi de beton, pante, structuri de pasagere și întărirea unor structuri de susținere.

Dar, la sfârșitul anilor 80, pe baza armăturii din fibră de sticlă, pe teritoriul Khabarovsk a fost construit un pod de 15 metri, fiecare dintre cele cinci grinzi fiind consolidat cu un fascicul compus de 24 de tije, plus un fascicul tipic de sârmă de oțel. Rezultatul a fost excelent, iar podul funcționează și astăzi. A fost doar începutul ...

Și cum este în străinătate?

Dacă descoperiți istoria armăturii compuse în ansamblu, atunci provine din anii patruzeci ai secolului trecut - adică din anii postbelici. Atunci, țara noastră nu a fost la curent cu crearea de noi materiale, însă, în SUA, s-a lucrat intens la formula compozită. În acești ani, a început deja să fie utilizat pe scară largă, deoarece materialele ieftine au fost pur și simplu necesare pentru o economie în curs de dezvoltare.

În această țară a fost creată armarea din fibră de sticlă cu o secțiune transversală constantă, care la început a fost utilizată doar pentru fabricarea inventarului. O aplicație mai serioasă a început deja în anii 60, când compozitul a început să fie considerat ca o alternativă la armarea metalică.

În primul rând, au început să o folosească pentru pardoselile de armare, care, după cum știți, nu numai cu ele, ci și cu noi, sunt presărate cu sare pentru a îndepărta gheața în timpul iernii. Și strică nu numai roțile mașinilor, ci și, scurgând sub formă de soluție prin grosimea betonului, corodează armatura interioară.

Asa de:

• În această zonă, rezistența materialelor plastice la coroziune s-a dovedit a fi cea mai bună. Singurul lucru care a servit ca un obstacol în calea înlocuirii complete a metalului cu un compozit a fost costul ridicat al acestuia, care a fost posibil să se reducă doar în douăzeci de ani. Prin urmare, la început acoperirea cu zinc sau epoxidică a fost pur și simplu aplicată pe metal.
• Dar, întrucât s-a dovedit că armarea din fibră de sticlă pentru betonul polimeric este mai eficientă decât armarea din oțel - caracteristici diferite ale expansiunii termice afectate, atunci în 1983, primul document a fost elaborat în Statele Unite care reglementează utilizarea tehnologiilor compuse în proiectarea podurilor.
• De ce poduri? Da, deoarece starea lor proastă a fost asociată cu coroziunea armăturilor, ceea ce a deranjat foarte mult serviciile responsabile de funcționarea lor. Armarea compozită a fost considerată apoi principala oportunitate de soluționare a acestei probleme.
• În urma acestui fapt, acesta a început deja să fie utilizat pentru tehnologii avansate: în proiectarea laboratoarelor și a centrelor medicale umplute cu electronice, piste aeroportuare și chiar reactoare în stații electrice.
• În Japonia, utilizarea la scară largă a armăturii nemetalice a început la mijlocul anilor 90. Apoi au avut mai mult de o sută de proiecte mari - în principal cele comerciale, în care s-a folosit armătura din fibră de sticlă. Cam în același timp, începând din Germania, a început să fie folosit în Europa, precum și în Canada.

Dar cel mai solid consumator de armătură compusă, desigur, a fost China.În această țară, a fost folosit nu numai la construcția de poduri, ci a fost și primul care a fost folosit pentru proiectarea structurilor subterane și a tunelului.

Ce s-a schimbat astăzi

Toate informațiile de mai sus vorbesc despre avantajele solide ale armăturii compozite și, cu toate acestea, nu numai majoritatea comercianților privați, dar mulți constructori nu știu despre asta. Iar cei care încă știu, sunt uneori sceptici față de acest material.

Pentru a risipi îndoielile, vom descrie mai detaliat ce armătură de polimer este produsă astăzi, în ce zone poate fi utilizată și în ce nu.

Soiuri de armare a polimerilor

Astăzi, există mai multe tehnici de fabricație pentru armături nemetalice care folosesc diferite materii prime.

Pentru a face diferența mai înțeleasă, pentru claritate, vom prezenta principalele tipuri sub forma unui tabel:

Cum arată armătura?	Trăsături distinctive
Fibra de sticla	Fotografia prezintă o armare din fibră de sticlă (GFRP-Rebar) - cea mai comună opțiune. Tijele de plastic cu o lungime de până la 12 m sunt întărite cu fibre de sticlă continuă, realizate în diametre între 4 și 40 mm. O astfel de armare este folosită ca o alternativă la analogul din oțel - în structuri cu rezistență neîncetată sau cu armătură pretensionată.
Plastic bazalt	Acest tip de armare (BFRP) diferă de versiunea anterioară, deoarece fibra de bazalt este folosită aici nu pentru sticlă, dar diferă nu numai prin culoare, dar are și o rezistență mai mare la medii agresive. Nivelul de rezistență la foc este aproximativ același, deoarece orice polimer poate rezista la un maxim de +160 de grade. Ideal pentru fundații și zone orbe.
Armături de carbon	Acest aparat, la care se face referire prin prescurtarea CFRP, se numește carbon, deoarece aici, în tandem cu rășinile sintetice termice, se folosește fibra de carbon. Spre deosebire de opțiunile anterioare, acesta poate avea un finisaj nisipos, pe care îl vedem în fotografie. Este folosit nu numai în construcții civile, ci și în construcții industriale, precum și la așezarea drumurilor, construirea podurilor, a mării și a mijloacelor de comunicare. Subliniem că rezistența la tracțiune a unei astfel de armături este de cinci ori mai mare decât cea a tijelor de oțel din clasa AIII și de 10 ori mai ușoară decât aceasta.

Toate versiunile de armare polimerică pot fi realizate sub formă de cabluri, tije sau tije profilate. Formele profilului secțiunii pot fi, de asemenea, diferite: goale, solide, pătrate, rotunde.

Înfășurarea fibrelor poate diferi și, după cum puteți vedea din imagini, opțiunea acoperirii exterioare. În funcție de diametrul și gradul de flexibilitate, armatura poate fi vândută sub formă de tije simple sau răsucite în bobine.

Există dezavantaje?

S-au spus multe despre avantajele armăturii polimerice, dar potențialul său utilizator poate avea o întrebare legitimă: „Care sunt dezavantajele materialului și unde este de dorit utilizarea acestuia?”

Aici vom răspunde în această parte a articolului:

• Nu există materiale perfecte. Oricare dintre ele are anumite dezavantaje, iar aici totul depinde de aplicație și de condițiile de funcționare ale structurilor.
• În special, polimerul este inferior aceluiași oțel din rezistența la foc, deoarece se află în grosimea betonului, plasticul începe să se topească deja de la +200 Celsius. Punctul de topire al oțelului este de șapte ori mai mare, deci în unele zone de construcție, acesta nu poate fi înlocuit cu plastic.
• De exemplu, armarea compozită nu este utilizată pentru fabricarea plăcilor de podea. În consecință, elementele de cadru ale clădirilor prefabricate cu mai multe etaje sau atelierele de producție cu pericol de incendiu crescut sunt consolidate cu cadre din oțel - și este de înțeles de ce.
• Dar pentru fundație, acest factor nu contează deloc, de aceea acest tip de armare este potrivit pentru oricare dintre tipurile sale.Procesul de asamblare a cadrului de fundație, din cel tradițional este practic același. Singurul lucru aici este să folosiți legături de plastic pentru tricotat - deși puteți folosi și sârmă.

• Unul dintre inconveniente este faptul că este imposibil de a conferi armăturii compozite forma dorită printr-o încălzire simplă. Prin urmare, dacă este necesar să fabricați structuri cu forme curbate, piesele de cadru pentru acestea sunt fabricate de producător pentru a comanda.
• În acest sens, se încheie lista deficiențelor. Domeniile în care utilizarea armăturii compozite este mai preferată sunt mult mai mult decât limitările.
• Rețineți că o astfel de armare este ușor de prelucrat, puteți să o tăiați cu un ferăstrău simplu sau, cu un diametru mic, să folosiți sfere. În viața de zi cu zi, pe lângă turnarea fundațiilor și a unei zone orbe, poate fi folosită, de exemplu, pentru construcția unei sere.

Deci pentru construcția privată, armarea din plastic este cea mai bună opțiune și chiar mai economică. Dacă contați pe tonă, este mai scump, dar dacă luați în considerare faptul că datorită gravității specifice mai ușoare a tijelor, există mai multe în cantitate, atunci beneficiul este destul de tangibil.