Co přidat do betonu místo výztuže?
Stavebnictví neustále hledá nové a stále efektivnější materiály a inovativní technologie.
Přitom asi v žádné jiné oblasti nejsou vyšší požadavky na spolehlivost výrobků než ve stavebnictví. Proto je uznání účinnosti každého nového vědeckého úspěchu v této oblasti oceňováno – pak jej lze bezpečně považovat za skutečný průlom v moderní výrobě.
To je přesně ten typ širokého uznání, kterého se nekovové kompozitní výztuži dostalo.
Struktura nekovové výztuže
Tento typ výztuže se skládá z matrice a výztužných prvků. Výztužné prvky jsou souvislá vysoce pevná vlákna spojená dohromady do tyče pomocí polymerní matrice. Vnější povrch této výztuže má konstantní a souvislý kosočtverečný reliéf. Kompozitní výztuž se vyrábí pomocí nové, vysoce výkonné technologie tzv plaintrusion.
V závislosti na typu vláken použitých při výrobě se vyrábí následující typy kompozitní výztuže o průměru od 4 do 20 milimetrů
- ANS – nekovová výztuž ze skelných vláken;
- NSA – nekovová čedič-plastová výztuž.
Vlastnosti kompozitní výztuže
Kompozitní nekovové výztuhy se vyznačují následujícími charakteristickými znaky:
- Při jakémkoli zatížení nedochází k žádné tekutosti materiálu, to umožňuje využití nejúplnějších charakteristik napětí a dočasné pevnosti v tahu.
- Vypočtená odolnost nekovové výztuže převyšuje odolnost ocelové výztuže třídy A-III přibližně pětinásobně;
- Relativní prodloužení nové výztuže během tahu je v některých případech až 12krát menší než u podobné ocelové výztuže. To znamená, že nekovová výztuž si velmi dobře zachovává svou původní velikost a je méně náchylná k deformaci;
- Modul pružnosti lze zajistit v širokém rozmezí 55 – 200 GPa v závislosti na použitých vláknech;
- Měrná hmotnost kompozitní výztuže je čtyřikrát menší než u oceli. Když je ocelová výztuž nahrazena kompozitní výztuží stejné pevnosti, hmotnost výztužné klece se sníží více než desetkrát.
- Kompozitní výztuž nepodléhá při vystavení naprosté většině agresivních prostředí (včetně agresivního alkalického prostředí betonu) žádnému koroznímu poškození, životnost takových konstrukcí se odhaduje minimálně na 80 let;
- Součinitel tepelné roztažnosti nové výztuže (CTE) odpovídá stejnému CTE betonu, tím se zcela eliminuje vznik trhlin v konstrukci při změně teplot;
- Kompozitní výztuž prakticky nevede teplo, její tepelná vodivost je stokrát menší než u oceli;
- Neztrácí své pracovní vlastnosti ani při nízkých teplotách;
- Nekovová výztuž je radiotransparentní, diamagnetická a dielektrická.
Porovnání vlastností kovové výztuže s kompozitem
Charakterizace
Ocelová výztuž GOST 5781-82
Kompozitní výztuha
Mechanické chování při tahu, N/mm 2
Relativní prodloužení, Р,%
Modul pružnosti, EР,
N/mm 2 (GPa)
Lineární teplotní deformační koeficient,
Součinitel tepelné vodivosti, W/(m*K)
Během provozu nevypouští škodlivé látky
Během provozu nevypouští škodlivé látky
Rozsah provozních teplot
Podle SNIP 2.03.01-84 „Betonové a železobetonové konstrukce“
- σВ – dočasná pevnost v tahu;
- σТ – mez kluzu (standardní odolnost výztuže);
- σР – návrhová pevnost v tahu.
Závislost „stres – zátěž“
Výměna kovových armatur za kompozitní
Ocelová výztuž AIII
GOST 5781-82
σв = 590 N/mm², σт = 390 N/mm²,
σр = 355 N/mmXNUMX, Eр = 200000 XNUMX N/mm²
Nekovová výztuž ze skelných vláken
σв = 1250 N/mm, σр = 1000 N/mm²,
Ер = 55000 XNUMX N/mm²
Nekovová čedič-plastová výztuž
σв = 1450 N/mm, σр = 1200 N/mm²,
Ер = 78000 N/mm²
Označení
Vnější průměr, mm
Plocha průřezu, mm²
Hmotnost, g/m
Zatížení v tahu, N*
Označení, vnější průměr, mm
Plocha průřezu, mm²
Hmotnost, g/m
Zatížení v tahu, N*
Označení, vnější průměr, mm
Plocha průřezu, mm²
Hmotnost, g/m
Zatížení v tahu, N
6 A-III
ANS-4
NSA-4
8 A-III
ANS-6
NSA-6
10 A-III
ANS-8
NSA-8
12 A-III
ANS-10
NSA-10
14 A-III
ANS-12
NSA-12
16 A-III
ANS-14
NSA-14
18 A-III
ANS-16
NSA-16
20 A-III
ANS-18
NSA-18
22 A-III
ANS-20
NSA-20
25 A-III
ANS-22
NSA-22
28 A-III
ANS-24
NSA-24
32 A-III
ANS-26
NSA-26
36 A-III
ANS-28
NSA-28
40 A-III
ANS-30
NSA-30
Nahrazení kovové výztuže kompozitní výztuží se provádí následovně:
- U betonových výrobků fungujících na pružném základu (základové prvky) se výměna provádí na základě podmínky rovnosti tahových zatížení. Například ocelovou výztuž 22 A-III (134 900 N) lze nahradit sklolaminátovou výztuží ANS-16 (165 040 N) nebo čedičovo-plastovou výztuží ANB-14 (147 180 N) (v tabulce označena žlutě).
- U ohýbatelných betonových konstrukcí (nosníky, desky) se výměna provádí na základě zkušebních údajů o hodnotách odolnosti proti trhlinám a pevnosti výrobků.
Výrobky z kompozitního betonu
Použití v konstrukci nekovové kompozitní výztuže v různých betonových konstrukcích je určeno částí stavebních předpisů a předpisů (SNiP) 52-01-2003, stejně jako 2.03.01-84.
Výpočet stavebních konstrukcí pomocí kompozitní výztuže by měl být prováděn přísně podle jejich parametrů. Výměna rámů a sítí z ocelové výztuže za kompozitní prvky se provádí podle experimentálních grafických závislostí – harmonogramu stejně pevné výměny kovu za odpovídající kompozitní výztuhu.
Příklad výměny
Ocelová výztuž s označením 20A-III u ohýbaných betonových konstrukcí je nahrazena novou spřaženou výztuží o konstrukčním průměru 12 milimetrů au konstrukcí na tuhém podkladu – spřaženou nekovovou výztuží o konstrukčním průměru 10 milimetrů.
Doporučené oblasti použití kompozitní výztuže:
- Konstrukce a opravy všech druhů betonových výrobků, které fungují jak v agresivním prostředí, tak v „přátelském“, neagresivním prostředí;
- Náhrada vysokopevnostní kovové a lanové výztuže v různých konstrukcích za předpjatou výztuž;
- Lze použít v betonových výrobcích fungujících na elastickém základu (to zahrnuje základy a silniční desky, kotvící konstrukce a opěrné zdi atd.);
- Vytváření pružných spojů pro vícevrstvé cihelné a betonové konstrukce a výrobky.
Příklady použití kompozitních nekovových výztuží
- Příklad pružných spojů pro vícevrstvé cihlové (a betonové) výrobky
- Výměna vysokopevnostní kovové výztuže a spolehlivých lan v konstrukcích s „předpjatou výztuží“
Most s předpjatými dřevěnými trámy s vozovkou ze železobetonu. Most byl postaven v roce 1975 v regionu Amur.
Most s předpjatými ocelovými nosníky. Postaven na území Primorského téměř před 30 lety.
Most s předpjatými betonovými nosníky. Byl postaven v roce 1989 v Židovské autonomní oblasti SSSR.
Betonové výrobky, které pracují na elastickém základu – základy, různé silniční desky a kotvící konstrukce, stejně jako opěrné zdi atd.
Fragment asfaltování vozovky pomocí moderní kompozitní sítě.
Stav moderního povrchu vozovky po třech letech provozu.
Výstavba, ale i opravy různých betonových výrobků provozovaných v agresivním i neagresivním prostředí
Zkoušky odolnosti proti trhlinám experimentální desky P30.18 s výměnou kovové výztuže 12AIII za novou čedičovo-plastovou výztuží ANB-8, zatížení 6 kilogramů po držení 650 hodin.
Zkoušky na mez pevnosti experimentální nové desky P30.18 s výměnou kovové výztuže 12AIII za výztuhu z čedičového plastu ANB-8, zatížení 12 tun po celodenním držení.
Pevnostní zkouška betonových překladů s předpjatou čedičovou plastovou výztuží.
Vnější stav betonových překladů s čedičově-plastovou předpjatou výztuží při zatížení 7500 kg.
Vnější stav betonových překladů s nekovovou čedičoplastovou předpjatou výztuží po odstranění zatížení 7500 kg z ní.
Čedičově-plastová armovací síťka pro proces zpevňování průmyslových podlah.
26. května 2023 stroyský březen
Výztužné vlákno do betonu.
Vlákno je komponenta ve formě závitů různých délek určená pro vyztužení betonu. V betonu vlákno funguje na principu minivýztuže a dokonce jej v něčem předčí, protože vlákno je rozmístěno po celém objemu betonu a přebírá ohybové a tahové zatížení. Rozložení vláken v betonu výrazně zlepšuje kvalitu betonu, nesmršťuje se, nepraská, mnohem lépe odolává mechanickému zatížení, zvyšuje se pevnost betonu a životnost.
Proč se vyplatí vyztužovat beton vlákny?
Beton je pevný materiál i bez přídavku vlákna, ale pevný je pouze v tlaku. Pokud je beton ohýbán, natahován nebo vystaven rázovým silám v tomto směru, nebude mít žádnou strukturální pevnost. A takové vlastnosti betonu jsou v moderním stavebnictví velmi potřebné a bez nich se neobejdou. Zde je potřeba vlákno, které dává betonu pevnost pro roztahování a ohýbání.
Každý dobře ví, že k vyztužení betonu se používá výztuž nebo kovová síť, která zajišťuje pevnost konstrukce, pak se nabízí otázka: proč je potřeba vlákno nebo co je lepší, výztuž nebo vlákno. Nemá smysl je porovnávat, protože plní různé úkoly:
● výztuže a kovové sítě se používají v konstrukcích nebo betonových výrobcích, kde dochází k velkému statickému zatížení (podlahové desky, vazníky, stěnové panely, sloupy, piloty);
● vlákno nevydrží stejnou sílu jako výztuž, avšak vlákno zajišťuje rozložení výztužných vlastností po celém objemu konstrukce, a proto se dobře uplatní při výrobě drobných betonových výrobků (obrubníky, dlažební desky, betonový plot, oplocení balkónů, betonové výrobky na fasády atd.), jakož i při instalaci tenkostěnných monolitických desek a potěrů.
Pokud spojíme vlákno a výztuž v konstrukci, výsledkem je betonová konstrukce s pozoruhodnými vlastnostmi. Velmi často se toto řešení používá ve výškových stavbách, při stavbě mostů, tunelů a vodních staveb.
Druhy vlákniny.
Velmi často, nebo možná téměř vždy, se vlákna dělí podle materiálu, ze kterého jsou vyrobena:
Polypropylenové mikrovlákno.
Polypropylenové vlákno je monofil vyrobený z čistého polypropylenu určený ke snížení smršťování mikroplastů a praskání během tvrdnutí betonu. Polypropylenová vlákna výrazně zlepšují pevnost betonu a kvalitu jeho povrchu. Mikrovlákno přítomné v betonu zvyšuje jeho pevnost, ohýbání, roztahování a snižuje riziko delaminace. Polypropylenové vlákno je přímou alternativou k regulaci trhlin k ocelové síti, ale z ekonomického hlediska je použití polypropylenového mikrovlákna v betonu mnohem efektivnější z hlediska nákladů. Výsledkem je, že použitím mikrovlákna v betonu bude naše konstrukce nebo výrobek levnější, pokud použijeme ocelovou síť.
Čedičové vlákno.
Čedičové vlákno se získává z čedičových hornin, které se taví při teplotě 1500 °C a pomocí speciálního zařízení se přeměňují na nit. Poté se nit odřízne na požadovanou délku. Nejběžnější délky čedičového vlákna jsou 5, 12, 24 mm. V betonu plní čedičové vlákno úkol zpevnit jej proti ohybu, trhání a praskání. Výhodou čedičového vlákna je, že je velmi odolné vůči agresivnímu prostředí a nehoří, má tepelně-izolační a zvukově pohltivé vlastnosti.
Polypropylenové makrovlákno.
Makrovlákno je vyrobeno ze stoprocentního panenského polypropylenu, který je tepelně, mechanicky a chemicky upravován. Polypropylenová makrovlákna jsou dokonale rozmístěna po celém objemu betonu a malty a vytvářejí tak trojrozměrný výztužný systém. Polypropylenové makrovlákno má vzhled tvrdých vláken podobných malým kouskům lana o délce 24, 38 a 54 mm. Polypropylenové makrovlákno je vynikající alternativou k ocelovému vláknu, a pokud se podíváte na technické vlastnosti, v některých ohledech dokonce předčí ocelové vlákno. Makrovlákno nerezaví, jeho životnost je delší, je lehčí a nezvyšuje hmotnost betonu a potřebuje pouze od 2 do 8 kg na 1m3, což znamená, že celkové náklady na beton budou levnější než z podobného ocelového vlákna .
Ocelové výztužné vlákno.
Ocelové kotevní vlákno je materiál ve formě úzkých pásků nebo kusů drátu vyrobených z vysokouhlíkové nebo nízkouhlíkové oceli bez povlaku. Ocelové vlákno má vysoké pevnostní zatížení, a proto se používá ke zpevnění betonu a malt. Pevnost ocelového vlákna v tahu je velmi vysoká: 1150-2200 MPa. Pokud použijeme ocelové vlákno, získáme beton s dobrými pevnostními charakteristikami. Ocelové vlákno se doporučuje používat pro malé pevnostní zatížení 20-30 kg na 1 m3, pro střední zatížení by mělo být zvýšeno na 40 kg a pro vysoké vážné zatížení může být spotřeba vlákna zvýšena na 80 kg.
Polymerní vlákno.
Polymerové vlákno je syntetické vlákno s vysokými výkonnostními charakteristikami. Jedná se o poměrně tuhý monofil s vlnitým tvarem. Vynikající náhrada za ocelové pletivo, výztuhu a ocelová vlákna v betonových řešeních. Polymerové vlákno není v pevnostních charakteristikách horší než ocelové pletivo, výztuha a ocelová vlákna. A v některých vlastnostech dokonce předčí. Polymerové vlákno je lehčí, nerezaví a je odolné vůči alkáliím. Z hlediska spotřeby potřebuje pouze 3-4 kg na 1 m3 betonu Na základě toho dostáváme výsledek, že použití polymerního vlákna bude levnější než ocel. A cena je dnes pro zákazníka přesvědčivým argumentem. A pokud zákazník obdrží také vynikající beton s vysokými technickými vlastnostmi, pak bude spokojen.
Skleněné výztužné vlákno do betonu.
Skleněné vlákno jsou malé kousky nařezané ze skleněných vláken. Mikrovlákno ze skleněných vláken se široce používá v betonu a maltě ke snížení smršťování a praskání.
Vlákno vyrobené z polyamidového (nylonového) vlákna.
Polyamidové vlákno je velmi lehké vlákno, které se rychle distribuuje v betonu a maltách. Polyamidové vlákno má vysokou pevnost, neplave na hladině vody, je rovnoměrně rozloženo po celém objemu, má vynikající přilnavost k roztoku a tvoří kompozitní materiál. Provádí úkoly k výraznému snížení tvorby trhlin na stěnách při omítání, podlahách při lití a dalších betonových konstrukcích.