Бетонда шыны түтікше арматурадан қандай артықшылықтары бар? Заманауи құрылыс саласындағы толық талдау

Бір ғасыр бойы болаттың арматуралық құрылысы бетонды нығайтудың бәсекесіз чемпионы болып келді, көпірлерге, ғимараттарға және әлемдегі инфрақұрылымдарға қажетті тарту беріктігін қамтамасыз етті. Алайда, қорқынышты дәуекші пайда болды: шыны пластмассадан жасалған арматура (FRP) , оны жиі шыны арматура немесе шыны таяқша деп те атайды. Құрылыс талаптары эволюциялық дамып, жаһандық тұрғыда ұзақ мерзімді пайдалануға болатын, тұрақты және өмірлік цикл құнын төмендететін материалдарға деген сұраныс артты. Сол себепті « фиброгласстік штың бетондағы арматурадан гөрі жақсы ма?» деген сұрақ қазір енді риторикалық емес. Жауап күрделі, әрбір жеке жағдайда, орташа шарттарда және ұзақ мерзімді экономикалық есептеулерге байланысты болып келеді.

Бұл мақалада шыны арматураның тартымды артықшылықтары қарастырылған, дәлелденген болаттың өнімділігімен салыстырғанда оның шектеулері бағаланған және жаңаша материалдың қазіргі бетон заманында дәстүрлі дәлелдерінен нағыз жеңіп шыққан жерлері туралы ақпарат беріледі.

Материалдарды түсіну: болат пен шыны талап

Салыстыруға кіріспе бұрын әрбір материал қандай қасиеттер әкелетінін түсіну маңызды:

Болат талап: Әдетте көміртегі болатынан жасалған болат талап өзінің жоғары созу беріктігі, пластикалылығы (сынуға дейін күрт деформациялану қабілеті) және жақсы зерттелген қасиеттері мен құрылыс стандарттарымен сипатталады. Оның кеңінен қолданылуы темірбетон конструкциялардағы қысу және созу күштерін өңдеудегі тиімділігінен туындайды.

Фиброгласстік арматура (ШТҚ талап): Әдетте Е-шыны, алайда басқа түрлері сияқты S-шыны немесе базальт талшығы қолданылуы мүмкін) полимер шайыр матрицасында (мысалы, винил эфирі немесе полиэфир) импрегнация арқылы жасалған жоғары берікті шыны талшықтарынан тұрады. Талшықтар созу беріктігін қамтамасыз етеді, ал шайыр талшықтарды қорғайды және кернеу тасымалдауға көмектеседі. Беті әдетте тістеу немесе құммен қапталған болып келеді, бұл темірбетонмен байланысты күшейтеді.

Шыны талап үшін: оның артықшылықтарын ашу

Фиброгласстік арматура бұл қатты ортада, әсіресе белгілі бір қиын жағдайларда тартымды альтернатива болып табылады:

1. Бәсекеге тұрмайтын коррозияға төзімділік: Ойын өзгертетін фактор

Бұл шыны талшықты арматураның ең маңызды артықшылығы болып табылады. Болаттан айырмашылығы шыны талшық коррозия мен электрхимиялық коррозияға төзімді. Болат арматура ылғал, хлоридтер (жол тазалау тұзы немесе теңіз суындағы тұз) немесе карбонаттану әсеріне ұшыраған кезде коррозияға ұшырайды. Бұл коррозия бірнеше маңызды мәселелерге әкеледі:

Ұлғаюы мен жарылуы: Тат болаттан гөрі көбірек көлем алады, қоршаған бетонға ішкі қысым түсіреді. Бұл бетон қабығының жарылуына, күріп кетуіне және қабатталауына әкеледі.

Байланыстың жоғалуы: Тат қабаты болат пен бетон арасындағы байланысты бәсеңдетеді, құраманың конструкциялық беріктігін төмендетеді.

Қиманың ауданының азаюы: Коррозия болат арматураны бұзып, уақыт өте келе оның салмақты көтеру қабілетін төмендетеді.

Керісінше, шыны талшықты арматураның қоспа табиғаты оның коррозияға ұшырамайтынын білдіреді. Бұл оны мыналар үшін үздік таңдау етеді:

Теңіз және жағалау құрылыстары: Құрылыстар, мұнаралар, теңіз қабырғалары, тұзды су үстіндегі көпірлер және теңіз ортасына ұшырайтын бетон.

Суық климаттағы жолдар мен көпірлер: Онда жолдың мұз ерітетін тұздары көп пайдаланылады.

Су тазалау ғимараттары мен химиялық кәсіпорындар: Әртүрлі коррозиялық химикаттарға ұшырайды.

Жүзу бассейндері мен фундамент плиталары: Ылғал мен химикаттарға ұшырау жиі кездеседі.

Осындай орталарда салынған құрылыстар GFRP арматура осындай ортада салынған құрылыстар едәуір ұзақ қызмет көрсету мерзімін және аз қызмет көрсетуді қамтамасыз етіп, циклдық шығындарды үлкен үнемдеуге әкеледі.

2. Ерекше жеңілдік және қолданудың жеңілдігі

Фиброгласстік арматура болат арматурадан едәуір жеңіл, әдетте болат таяқшаның төрттен бірінен бестен біріне дейінгі салмақ тасиды. Бұл нақты артықшылықтарға айналады:

Тасымалдау құнының азаюы: Бір жүкте көбірек материал тасымалдауға болады, отын шығыны мен логистикалық шығындарды азайтады.

Жылдамырақ және қауіпсіз орнату: Жұмысшылар оңай басқаруы мүмкін фиброгласстік арматура қолмен, алаңда ауыр көтергіш техникаларды пайдалануды азайтады. Бұл құрылыс жылдамдығын арттырады, еңбек ақыны төмендетеді және дене күшін пайдаланудың салдарынан болатын жарақаттар мен қауіптерді азайтып, жұмысшылардың қауіпсіздігін арттырады.

Төменгі өлі жүк: Арматураның салмағының азаюы құрылыстың жалпы өлі жүгінің төмендеуіне әкеліп соғады, нәтижесінде фундаменттің тиімді жобалауына және қосымша шығындарды үнемдеуге мүмкіндік береді.

3. Жоғары шегіншілік деңгейі

Болат арматура беріктігімен танымал болса да, фиброгласстік арматура кейде болат арматураның көрсеткішінен екі немесе үш есе артық болатын созу беріктігімен ерекшеленетін жоғары көрсеткішке ие болуы мүмкін. Мысалы, кең таралған КПШ арматурасының созу беріктігі 1,275-тен 10,000 МПа-ға дейінгі аралықта болуы мүмкін, ал болат үшін 400-550 МПа. Бұл сынбай тұрып, ә существенно күштірек тарту күшіне шыдай алатындығын білдіреді. Алайда, біз бұл кемшілік ретінде талқылайтын серпімділік модулінің (қаттылық) және пластикалық қасиеттерінің айырмашылығын есте ұстау маңызды.

4. Жақсылық Электромагниттік мөлдірлік және өткізбеушілік

Фиброгласстік арматура металл емес, магнитті емес және электр өткізбейтін. Бұл қасиеттер арнайы қолданбалар үшін өте маңызды:

МРТ-мен жұмыс істейтін мекемелер мен ауруханалар: Сезімтал медициналық жабдықтарға кедергі келтірмеу.

Әуежайдың ұшу-қону жолдары мен радарлық қондырғылары: навигация мен байланыс жүйелеріне кедергі келтірмеу.

Электрлік қосалқы станциялар мен электр станциялары: электрлік оқшаулауды қамтамасыз етеді және индукция мәселелерін жояды.

Автоматты басқарушы көлік (AGV) бағыттары: өнеркәсіптік жағдайларда магниттік басқару жүйелерінің бұзылуын болдырмайды.

Бұл ерекше қасиеттердің үйлесімділігі болатпен мүмкін емес құрылыс мүмкіндіктерін ашады.

5. Өмірлік ұзақтығы мен шаршауға төзімділігі

Тозуға төзімділігінен басқа, фиброгласстік арматура түрлі жүктемелерді көп рет қайталауға төзімді, болаттан гөрі көп есе нашарлауға ұшырамайтынын білдіреді. Бұл көпір палубалары сияқты динамикалық жүктемеге ұшырайтын құрылыстар үшін маңызды. Сонымен қатар, химиялық әсерге төзімділігі мен температураның әртүрлілігінде (жұмыс диапазонында) тұрақты жұмыс істеуі оның ұзақ мерзімді тұрақтылығына ықпал етеді.

6. Қоршаған ортаға пайдалы әсерлер

Өндіру фиброгласстік арматура болатпен салыстырғанда көбінесе көміртегі ізі төмен болады, негізінен жеңіл салмағы тасымалдау шығындарын азайтады. Ұзақ қызмет ету мерзімі жөндеу және ауыстыру жұмыстарының азаюына әкеліп соғады, соның нәтижесінде құрылыстың өмір циклы кезінде қоршаған ортаға жалпы әсердің азаюына ықпал етеді.

Болат арматура әлі де қолданыста: Негізгі ескертпелер

Композитті материалдардың артықшылықтарына қарамастан фиброгласстік арматура , болат көптеген қолданулар үшін негізгі таңдау болып табылады, негізінен оның тән сипаттамалары мен өнеркәсіптің ежелден таныс болуы арқасында:

1. Серпімділік модулі (қаттылық) және пластикалық қасиет

Бұл ең маңызды айырмашылық:

Болат арматура: Жоғары серпімділік модулі бар (шамамен 200 ГПа), яғни ол жүктеме астында өте қатты және аз деформацияланады. Маңыздысы, болат пластикалық қасиетке ие, яғни ол сынғанға дейін ақпарат (ұзарып және тұрақты түрде деформацияланып) ақпарат береді. Бұл пластикалық қасиет құрылымның бұзылуының көрінетін ескертуін береді, соның арқасында толық бұзылу алдында араласуға болады.

Фиброгласстік арматура : Серпімділік модулі төмен (45-60 ГПа), болатқа қарағанда қатты емес. Керініс күші жоғары болғанымен, қатты сынып қалады; ол қирауға ұшырамайды, бірақ өзінің шекті беріктігіне жеткеннен кейін кенет үзіліп қалады. Бұл қаттылықтың жетіспеушілігі құрылысты құрылыстың қирауынан бұрын бетонның бұзылуын қамтамасыз ету үшін құрылысты мұқият жобалауды талап етеді. Инженерлер бұл әсерді ескеріп, арматура коэффициентін арттыру немесе таяқшалардың қашықтығын азайту арқылы жарылым енін рұқсат етілген шектерде ұстап тұруы керек.

2. Құны (Алғашқы материалдың бағасы)

Әдетте, алғашқы материалдың құны фиброгласстік арматура дәстүрлі болат арматураға қарағанда 15%-дан 25%-ға дейін жоғары болуы мүмкін, әрине, бұл нарыққа және таяқша өлшеміне байланысты өзгереді. Бұл бастапқы шығын кедергі болып табылатын болса да, тіршілік циклі бойынша шығындарды талдау маңызды. Қызмет көрсетудің азайтылған шығындарын, ұзақ мерзімді пайдалану құнын және төменгі орнату шығындарын ескерсек, шыны талшықты арматура, әсіресе коррозияға ұшырайтын ортада, бүкіл ғимараттың қызмет ету мерзімі бойынша экономикалық тиімділігін көрсетуі мүмкін.

3. Құрылыс алаңында түрлендіру мен жасалым жасау шектеулері

Болат арматураны құрылыс алаңында құрылымдық талаптарға немесе жобалау өзгерістеріне сәйкес жеңіл бүге алады. Фиброгласстік арматура , композит болып табылатындықтан, қаттыланғаннан кейін құрылыс алаңында бүгілмейді. Барлық бүкпелер, және жылжытқыштар зауытта алдын ала жасалуы тиіс, бұл дәл қазіргі таңда жоспарлау талап етеді және ыңғайлы пішіндер үшін әлдеқайда ұзақ әкелу уақытына әкеледі.

4. Өртке төзімділік

Полимер шайырындағы фиброгласстік арматура жоғары температурада (шамамен 300°C артық) ыдырауы мүмкін, бұл беріктігінің төмендеуіне әкеледі. Бетон өртке қарсы қорғау қасиетіне ие болса да, өте ауыр өрт жағдайлары негізгі мәселе болып табылатын құрылыстарда арнайы ескерту немесе қосымша бетон жабыны қажет болуы мүмкін. Ал темір арматура жоғары температурада жақсырақ әрекет етеді, әрине, оның беріктігі де өте жоғары жылында төмендейді.

5. Бетонмен байланысу

Бір уақытта фиброгласстік арматура механикалық байланысты жақсарту үшін қырлы немесе құммен қапталған беті болып жобаланған, бетонмен байланыс сапасы, ерекше ұзақ мерзімді тұрақты жүктемелер кезінде зерттеу мен жобалау бойынша әлі де талқылауға түсе алады. Инженерлер күштерді тиімді түрде ауыстыру үшін жеткілікті байланыс ұзындығы мен жобаны қамтамасыз етуі тиіс.

6. Сала таныстылығы мен жобалау нормалары

Құрылыс саласында темір арматурамен ондаған жылдар бойы тәжірибе жинақталған және оның жобалау әдістері әлемдегі құрылыс нормаларына терең енгізілген. Ал кең ортақ жобалау нұсқаулары мен стандарттардың болуымен бірге GFRP арматура бар болса да (мысалы, Америкалық бетон институтының (ACI) 440 Комитеті және AASHTO тарапынан), барлық инженерлер мен сәулетшілердің кеңінен қабылдауы мен таныс болуы әлі дамып жатыр.

Шыны тақта арматурасының шынайы әлемдегі қолданбалары мен болашағы

Танып білудің өсуі шыны тақта арматурасының жобалардың әлем бойынша әртүрлі белгілі жобаларда өсетін қабылдауына әкелді:

Теңіз құрылыстары: Флорида, Канада және Орта Шығыстағы көпірлер, жайлақтар және құбырлар тұзды су коррозиясымен күресу үшін GFRP арматурасын кеңінен қолданады.

Жолдар мен автожолдар: Солтүстік Америка мен Еуропадағы жобалар көпір палубаларында және жол бетон тақталарында GFRP арматурасын қолданып, мұз еріткіш тұздардан келетін зақымдануды болдырмақшы.

Су араластыру және химиялық зауыттар: Химиялық әсерге ұшырайтын кәсіпорындар GFRP-ті ұзақ мерзімді бүтіндікті қамтамасыз ету үшін таңдайды.

Ерекше ғимараттар: Ауруханалардағы МРТ бөлмелері, әуежай басқару мұнаралары және зерттеу орындары GFRP-тің магниттік емес қасиеттерін талап етеді.

Алдын-ала жасалған тұтас тақта: GFRP-нің жеңілдігі тасымалдау мен орнату құнын азайтатын алдын-ала жасалған элементтер үшін ыңғайлы.

Болашағы фиброгласстік арматура бетондағы өнім өте жарық. Тұрақтылық басты мәселе болып отыр және инфрақұрылым жетіліп келе жатыр, сондықтан коррозияға тұрақты, тұрақты және аз қызмет көрсету қажеттілігі артады. Әрі қарай жүргізіліп жатқан зерттеулер мен дамыту жұмыстары мыналарға бағытталған:

Серпімділік модулін жақсарту: Жаңа талшық түрлерін (мысалы, базальт талшығын) және шайыр құрамын дамытып, қаттылықты арттыру.

Қайта өңдеу технологиялары: Қоршаған ортаны қорғау куәлігін жақсарту үшін шыны талшықты композиттерді қайта өңдеудегі жетістіктер.

Гибридті шешімдер: Екі материалдың да артықшылықтарын пайдалану үшін кейбір қолдануларда болат пен шыны талшықты арматураны біріктірудің синергетикалық пайдалы әсерін зерттеу.

Қорытынды: Қазіргі әлем үшін стратегиялық таңдау

Соңында, еми фиброгласстік штың бетондағы арматурадан жақсырақ па? Анық жауап: Қолданылуына байланысты. Хлоридтер, химикаттар немесе магниттік интерференцияны қамтитын ерекше қоршаған ортаға ұшырайтын құрылыстар үшін шыны талшықты арматура өзінің бәсекеге қабілетті коррозияға тұрақтылығы мен өткізгіш емес қасиеттері арқасында кәдімгі болат арматурадан түпкілікті түрде үстемдік етеді. Ұзақ мерзімді циклдық құрылыс шығындарын үнемдеу, жылдам орнату және жөндеудің азаюы осы нақты жобалар үшін экономикалық тұрғыдан дұрыс және қоршаған ортаны қорғауға бағытталған таңдау болып табылады.

Коррозия үлкен қауіп төндірмейтін, немесе құрылыс конструкциясында пластикалық қасиеттер мен жергілікті майыстыру маңызды құрылыс шарттары болып табылатын жалпы құрылыстар үшін болат арматура әрі қарай сенімді және қол жетімді нұсқа болып қала береді. Алайда, әлем тұрақты және жасыл инфрақұрылымға қарай қозғалып келеді, сондықтан стратегиялық түрде шыны талшықты арматураны пайдалану фиброгласстік арматура міндетті түрде кеңінен қолданысқа ие болады. Құрылыс шегінде қолданылатын әйелдердің ұзақ мерзімді, тұрақты темірбетон құрылыстарын салудың алдыңғы қатарында тұру үшін талшықтан жасалған таяқшаның ерекше артықшылықтарын түсінетін және оны дұрыс қолданатын инженерлер мен әзірлеушілер