Betonia on pitkään käytetty rakennusmateriaalina sen korkean puristuslujuuden, hyvän kestävyyden ja alhaisten kustannusten vuoksi. Tunnettu Achilleuksen kantapää on kuitenkin sen hauraus ja rajoitettu vetolujuus. Tämä ratkaistiin melko helposti noin sata vuotta sitten käyttämällä teräsvahvikkeita (terälevy) betonirakenteiden kireyspuolella. Teräslevy on toiminnallisesti tehokas ja suhteellisen edullinen, joten se tekee hyvää työtä useimmissa tapauksissa. Teräslevyllä on kuitenkin oma heikkoutensa: alttius korroosiolle (hapettumiselle), kun se altistetaan suoloille, aggressiivisille kemikaaleille ja kosteudelle. Korroosionsa aikana teräslevy turpoaa ja lisää betonin vetokuormaa, joka alkaa halkeilua ja romahtamista, jolloin syntyy aukkoja, jotka johtavat teräksen ja betonin vaurioitumiseen edelleen ja nopeammin. Tämä vaatii kalliita korjauksia ja ylläpitoa, ja jos sen annetaan edetä riittävän pitkälle, se voi vaarantaa rakenteen eheyden. Vuosikymmenien aikana on otettu käyttöön lukuisia pinnoitteita ja läpäiseviä aineita kosteuden eristämiseksi betonista, ja itse puurakenne on päivitetty epoksipinnoitteilla tai ruostumattoman teräksen käytöllä. Korroosiota ei kuitenkaan aina voida estää pitkällä tähtäimellä. Lisäksi teräslevyn halukkuus johtaa sähkö- ja magneettikenttiä tekee siitä ei-toivotun betonissa, joka on määritelty tiettyihin sähköntuotannon, lääketieteellisen / tieteellisen kuvantamisen, ydinvoiman ja sähkö / elektroniikan sovelluksiin.
FRP-arvoehdotus
On monia syitä, miksi kuituvahvisteisella polymeerikaarilla on järkeä joissakin betonirakenteissa. Ensinnäkin komposiittipalkki ei ruostu tai syöpymistä, joten se on ihanteellinen upotettavaksi säännölliseen tai pitkäaikaiseen makeaseen veteen tai suolaveteen sovelluksissa, kuten tukiseinät, laiturit, laiturit, laiturit, kissonit, kannet, pylväät, laipiot, kanavat, offshore-alustoilla, uima-altailla ja akvaarioilla. Se on myös immuuni tien suolalle ja muille jäänpoistokemikaaleille, mikä tekee siitä kestävämmän ja vähemmän huoltointensiivisen valinnan tien ja siltojen, pysäköintirakenteiden, lentokenttien kiitoteiden, Jersey-esteiden, tukiseinien ja perustusten, jalkakäytävien, parapettien ja laattojen laattojen perusteella. Lisäksi se tarjoaa laajan vastustuskyvyn useille muille kemikaaleille, joita esiintyy jätevedenpuhdistamoissa, kiinteiden jätteiden sijoituspaikoilla, petrokemian laitoksissa, massa- ja paperitehtaissa, putkistoissa, säiliöissä, jäähdytystorneissa ja savupipeissä sekä itse betonin emäksiselle ympäristölle.
Toinen etu on, että FRP-teräksen vetolujuus on tyypillisesti 1,5 - 2 kertaa suurempi kuin teräksen, joten se on hyvä vastapaino betonin korkealle puristuslujuudelle. Se tarjoaa myös erinomaisen väsymiskestävyyden, joten se soveltuu syklisiin kuormitustilanteisiin (kuten teillä ja siltoilla). Lisäksi komposiittipalkki on neljäsosa verrattuna suorituskykyisen teräksen painosta. Tässä on joukko käytännön etuja. Rakennusalan työntekijöiden, joiden on kuljetettava ja asennettava se, on vähemmän kulumista, ja nosturien ja muiden raskaiden nostolaitteiden tarve on vähemmän. Se leikataan helposti tavallisilla leikkaustyökaluilla vahingoittamatta sahanterää. Lisää rebaria voidaan nostaa kuorma-autoa kohti ylittämättä laillisia lastausrajoituksia. Siltojen ja vastaavien rakenteiden korkeampi lujuus / painosuhde tarjoaa joko suuremman kantokyvyn tietylle rakenteelle tai mahdolliset mahdollisuudet pienentää koko rakenteen kokoa ja painoa. Komposiittipalkki on hyödyllinen myös painoherkissä sovelluksissa, joissa maaperillä on huonot kantavuusominaisuudet, seismisesti aktiivisissa paikoissa tai ympäristölle herkillä alueilla, joilla on toivottavaa siirtää raskaita laitteita.
Sähkömagneettisesti herkissä sovelluksissa sekä lasi (yleisin komposiittirakenteen vahvike) että polymeeri ovat luontaisesti johtamattomia, joten ne eivät lähetä virtaa, houkuttele salamaniskuja tai häiritse lähellä olevien sähkölaitteiden toimintaa. Tämä tekee siitä turvallisemman valinnan alumiini- ja kuparisulatuslaitoksissa, ydinvoimalaitoksissa, erikoistuneissa sotilaallisissa rakenteissa, lentokenttitorneissa, sähkö- ja puhelinlähetystorneissa, sähkö- tai puhelinlaitteita sisältävissä kaivoissa, sairaaloissa, joissa on magneettikuvauslaite (MRI), ja tietullilla anturijärjestelmät ja keräyskojut. Koska lasivahvistettu komposiitti on yhtä huono lämmönläpäisykyvystä, siitä voi olla apua ilmastoinnin valvonnassa rakennuksissa, terassikantereilla ja kellareissa.
Vaikka komposiittitangon alkuperäiset kustannukset ovat yleensä korkeammat kuin tavallisessa teräslevyssä, ja se on karkeasti verrattavissa epoksipäällystettyyn teräslevyyn, elinkaarikustannuksiin (LCC) perustuen, se voi olla melko taloudellinen - etenkin ei-jännitetyssä betonissa. taivutus-, leikkaus- ja puristuskuormituksiin, jotka yleensä vaativat usein korjauksia ja kunnossapitoa tai joissa on muita ongelmia metallin kanssa. Kaikista näistä syistä ja muistakin syistä komposiittitangot ovat hitaasti alkaneet saada osuutta maa- ja vesirakennusmarkkinoilla.
Ei regs, ei edistystä
Komposiittitangot saivat alkunsa Japanissa 1980-luvulla, jolloin hiili- ja aramidikuitulujitukset vahvistettiin lämpökovettuvissa matriiseissa, ja levitettiin hitaasti Kanadan hankkeisiin 1990-luvun alkupuolella, sanoo John Busel amerikkalaisista komposiittivalmistajista Assn. (ACMA, Arlington, Va.). Mutta se ei juurikaan alkanut, hän muistelee, kunnes 1990-luvun lopulla kehitettiin ja julkaistiin komposiittirakennuksen eritelmät. Busel, ACMA: n Composites Growth Initiativen johtaja, oli 12 vuotta American Concrete Institute -komitean (ACI, Farmington Hills, Mich.) Komitean 440 - FRP-vahvistus - sihteeri ja puheenjohtaja. opas FRP-levylle.
"Selviäminen tuotteista, joita ei tueta testauksella ja tutkimuksella, ei vain toimi rakennusinsinöörien kanssa", Busel selittää. "Heidän vakuuttamiseen tarvitaan paljon tietoa, ja hankkiminen vie aikaa." Tämän todellisuuden valossa komitea 440 perustettiin 1990-luvun alkupuolella, ja kesti lähes vuosikymmenen ajan ensimmäisen julkaisun, julkaistu vuonna 1999, päivitetty vuonna 2006, päivityksen myöhemmin vuonna 2012. ”Nyt sinulla on arkkitehtien, insinöörien standardeja. , ja urakoitsijat voivat laatia suunnitelmansa maailmanlaajuisesti ", Busel toteaa, että" ACI 440.1R on osoittautunut yhdeksi maailman tunnetuimmista ja parhaiten käytetyistä eritelmäohjeista ja oli ehdottomasti kaiken työn arvoinen. "
”ACI 440 on ollut erittäin dynaaminen ja aktiivinen yhdistys”, toteaa Buselin pitkäaikainen kollega Doug Gremel. ”Emme ole syrjineet tutkimusta missään päin maailmaa. Jos pystymme ottamaan sen ja sisällyttämään sen koodeihimme, teemme sen. ” Gremel - ei-metallisen vahvistamisen johtaja Hughes Brothers Inc. -yrityksessä, Hughes-tytäryhtiön johtajaAslan Pacific Ltd.(molemmat Seward, Neb.) ja johtoryhmän puheenjohtaja Omahassa, Neb.-alueella sijaitsevassa Composite Insulated Concrete Systems LLC: ssä - lisää: "Meillä ei ole ylpeyttä omistajuudesta tämän tiedon suhteen."
Huolimatta 1990-luvun puolivälissä ja loppupuolella kasvavasta tiede- ja kokemustiedosta FRP-levyjen käytön kasvu oli hidasta. Ensimmäinen yhdysvaltalainen asennus ilmestyi vasta vuonna 1996 McKinleyville / Buffalo Creek Bridgessä, Brooks County, W. Va. käsitellä Kanadan ankaran sään aiheuttamaa korroosiota. Tämä puolestaan johti American State of State Highway and Transportation Officer -yhdistyksen (AASHTO) työhön kehittää lasin FRP (GFRP) betonikansiin ja liikennekaiteisiin käytettäviä eritelmiä. Tästä hetkestä lähtien Yhdysvaltain liikenneministeriön (DoT) insinööreillä ja määrittäjillä oli oma suunnitteluoppaansa ACI 440: n mukana tulemiseen. Seurauksena on, että Kanadassa ja Yhdysvalloissa työskentelevällä Buselilla on nyt lähes 400 siltaa, joissa on FRP-rebar niiden rakentaminen. Eurooppalaiset installaatiot kasvavat, mutta hitaammin.
Gremel - jonka työnantaja Hughes Brothers on FRP-levyjen maailmanlaajuinen toimittaja - sanoo, että standardit muodostavat objektiivisen kehyksen laadunvarmistukselle. "Meidän on toimitettava tuotantosertifikaatit todisteeksi siitä, että mikä tahansa tangon" mylly-ajo "vastaa tai ylittää ASTM-standardien mukaiset ominaisuudet", hän sanoo. "Teemme vetolujuus- ja venymistestejä jokaisella käytetyllä erällä, kuten teräspoikienkin."
Maa- ja vesirakennusyhteisön kehitys kohti mukavuutta FRP-teräksellä saattaa olla hidasta, mutta se ei ole estänyt pyrkimästä uusiin lähestymistapoihin sen valmistukseen, jotka voisivat, kuten seuraavista esimerkeistä käy ilmi, tehdä seuraavan sukupolven komposiittitangosta paljon houkuttelevamman vaihtoehdon teräkselle .
