Шыны талшын арматурасының кемшіліктері қандай?

Шыны талшынмен күшейтілген полимер (FRP) арматура, жиі қолданылады фиброгласстік арматура немесе GFRP (шыны талшынмен күшейтілген полимер) арматура, темірбетонда дәстүрлі болат күшейтудің өзекті альтернативасы ретінде жедел тарады. Оның өте жоғары коррозияға тұрақтылығы, жеңілдігі және электромагниттік өткізгіштігі туралы хабарланады, бұл агрессивті орталар мен арнайы құрылыстарда кеңінен қолдану тапты. Алайда, құрылыс материалдарының кез келгенін толық түсіну үшін оның шектеулерін мойындау қажет. Шыны талшын арматурасы белгілі бір жағдайларда маңызды артықшылықтар берсе де, инженерлер, жұмысшылар және жоба басшылары оны пайдалану алдында оның білінетін кемшіліктерін мұқият қарастыруы тиіс.

Бұл толық талдау шыны талшын арматурасының негізгі кемшіліктеріне фиброгласстік арматура , оның өнімділік сипаттамаларын, орнату күрделілігін, экономикалық әсерін, сондай-ақ дәстүрлі болат арматурамен салыстырғанда қанағаттандырмайтын жобалау ерекшеліктерін қарастыру.

Таңдау ерекшелігі: Шыны арматураның шектеулерін түсіну

Шыны арматураның артықшылықтары жақсы танылғанымен, темірбетонды құрылыста шешім қабылдау үшін оның кемшіліктері де соншалықты маңызды. Бұл кемшіліктер, ереже бойынша, құрама ретінде оның негізгі материалдық қасиеттерінен және болат тән серпімді әрекеттен ауытқудан туындайды.

1. Серпімділік модулінің (қаттылық) төмендеуі және ауытқудың артуы

Бұл шыны арматурамен байланысты ең маңызды инженерлік қиыншылық болып табылады фиброгласстік арматура .

Бұл не дегенік: "Серпімділік модулі" (немесе Янг модулі) материалдың кернеу әсеріне серпімді деформацияға ұшырауға қарсы тұру қабілетінің және қаттылығының өлшемі болып табылады. Болат арматурасының серпімділік модулі өте жоғары (шамамен 200 ГПа). Ал шыны талшықты арматураның модулі ә существенно төмен, әдетте 45 ГПа-дан 60 ГПа-ға дейінгі аралықта болады, бұл болаттікінің шамамен төрттен бірінен үштен біріне дейін.

Бетон үшін маңызы: Бұл төмен қаттылық бірдей қосылған жүктеме үшін болатпен арматураланған элементке қарағанда фиброгласстік арматура жан-жақты ығысу мен кеңірек жарықшақтар пайда болатындығын білдіреді. ШТБ арматураның болатқа қарағанда созу беріктігі жоғары екеніне қарамастан (үзілу алдында тасымалдай алатын шекті жүктеме), оның төменгі қаттылығы эксплуатациялық кемшіліктерге әкелуі мүмкін, мысалы, көрінетін жарықшақтар мен ығысу, бұл бейқұрылық элементтердің (мысалы, еден жабыны, перегородкалар) бүтіндігін бұзуы немесе көрінетін сенсация тудыруы мүмкін.

Дизайн ерекшеліктері: Бұл мәселелерді шешу үшін инженерлер жиі әйдіңгіктілікті арттыру үшін (көбірек GFRP арматура) немесе әйдіңгіктілікті басқару мен тресіндердің енін қабылданған деңгейге дейінгі жеткізу үшін үлкен диаметрлі таяқшаларды қолдануға мәжбүр болады. Бұл салмақтың үнемдеуінің бір бөлігін болдырмауы мүмкін және кейбір жағдайларда құның тиімділігін де болдырмауы мүмкін. Кейбір жобаларда прогиб стандарттарын орындау үшін GFRP арматураның 30-40% артық болуы талап етілуі мүмкін. Бұл негізгі айырмашылықты түсінбеу тарихи тұрғыда құрылыстардың бұзылуына әкеліп соқтырды, мысалы, GFRP-пен күшейтілмеген құрылыстардағы ақпаратталаған тресіндер мен артық прогибтер туралы хабарланған.

2. Қатты бұзылу және пластикалық қасиеттің болмауы

Бұл болатпен салыстырғанда тағы бір маңызды айырмашылық және сейсмикалық немесе динамикалық жүктемелер қолданылатын жерлерде негізгі мәселе болып табылады.

Бұл не дегені? Стальдық арматура - қатты материал. Артық күшке ұшырағанда, ол күшті "жануар" фазасын көрсетеді, яғни пластинкалық деформацияланып, сынғанға дейін күрт созылады. Бұл қатты әрекет құлауының көрінетін ескертуін береді, тұрғындардың эвакуациясына және инженерлердің араласуына мүмкіндік береді.

Бетон үшін салдары: Фиброгласстік арматура сынуға дейінгі сызықтық серпімді материал, яғни ол жанбайды немесе пластинкалық деформацияланбайды. Соңғы созу беріктігіне жеткенде кенеттен және күрт сынады, азғантай көрінетін ескертумен. Бұл "қатты сыну" түрі көптеген құрылыс қолдануларында, әсіресе жер сілкіну аймақтарында немесе динамикалық жүктемелерден келетін энергияны жұтатын құрылымдарда (мысалы, жол бөгеттері, өнеркәсіптік едендер) қажет емес.

Дизайнға әсері: Темірбетон үшін құрылыс нормалары мен дизайнерлік философиялар жер сілкінісі сияқты оқиғалар кезінде энергияны шашырау үшін болат арматураның пластикалық қасиетіне сүйенеді. Шыны пластмасса арматура (GFRP) қолданып жобалау кезінде бетонның қысу арқылы бұзылуы (пластикалық түрі) GFRP-нің қатты үзілуінен бұрын болуын қамтамасыз ету үшін ұқыпты талқылау қажет. Бұл жиі сақтандыру тәсілдерін қолдануды және қауіпсіздік коэффициенттерін арттыруды талап етеді (мысалы, ACI 440 жобалау нормалары болатқа қарағанда GFRP үшін 2,5 қауіпсіздік коэффициентін талап етуі мүмкін, ал болат үшін 1,67). Бұл салмақ пен құнның төмендеуінің артықшылықтарын азайтуы мүмкін.

3. Жоғары материалдық құн

Бір уақытта фиброгласстік арматура коррозиялы ортада ұзақ мерзімді пайдалану құнының артықшылықтарын ұсынса да, оның бастапқы материалдық құны әдеттегі болат арматураға қарағанда жоғары болып келеді.

Баға айырмашылығы: Нарыққа, құрылыс арматурасының өлшеміне және әкелушіге байланысты шыны талшықты пластик (GFRP) арматура стандартты болат арматурадан сызықтық футына 15%-дан 150% дейін қымбаттау болуы мүмкін. Мысалы, қарапайым болат арматураның бағасы футына 0,40-1,25 АҚШ доллары аралығында болса, шыны талшықты арматура футына 0,65-2,50 АҚШ доллары немесе арнайы түрлері үшін одан да қымбат болуы мүмкін.

Жобаның әсері: Коррозияға тұрақтылық басты маңыздылық емес немесе бюджеттік шектеулер өте қатаң болатын жобалар үшін шыны талшықты арматураның бастапқы құны жоғары болғандықтан ол маңызды кедергі болып табылады, сондықтан қысқа мерзімді перспективада болат арматура экономикалық тұрғыдан тиімдірек болуы мүмкін. Құны жоғары болуы цикл бойынша үнемдеу мүмкіндігі болса да кеңінен қолдануды шектейтін фактор болып табылады.

4. Жобалау кезінде қосымша өңдеу мүмкіндігінің жоқтығы және жасау шектеулері

Өндіру процесі мен материалдың табиғаты фиброгласстік арматура оның өрісте өңделуіне қатаң шектеу қояды.

Ешқандай аумақты бүгу жоқ: Тірек құрылғыларын құрылыс алаңында тірек құрылғыларын иілуіне қарай құрылыс геометриясына немесе құрылымдық өзгерістерге бейімдеуге болады, ал шыны пластмасса тіреуін иілтіруге болады. GFRP тақтаны қатайтқан кезде оны иілуіне тырысу композит матрицасындағы ішкі микротрещиндерге әкеліп соғады, бұл конструкциялық беріктігін азайтып, сонымен қатар уақытынан бұрын істен шығуына әкеліп соғады.

Алдын ала жасау қажет: Барлық қажетті иілулер, жапсырмалар, арматуралар және күрделі пішіндерді құрылыс алаңына әкелер алдында зауытта арнайы қыздыру арқылы пішіндеу процесстерін қолданып алдын ала жасап шығу керек. Gfrp шыңдары құрылыс алаңына жеткізіледі. Бұл жобалауды жан-жақты жоспарлау, құрылымда нақты түсіндіру және ыңғайлы пішіндерді сатып алу үшін көп уақыт жұмсау қажеттілігін білдіреді. Жобалау кезіндегі қателер немесе күтпеген құрылыс алаңындағы жағдайлар иілу қажеттілігін туғызса, бұл қымбатқа түсетін кешігулер мен қалдықтарға әкеліп соғады.

Кесу шектеулері: Шыны талшықты арматураны құрылыс алаңында кесуге болады, бірақ шыны талшықты тозаңды жұтудан сақтану және терінің тітіркенуін болдырмау үшін арнайы құралдар (мысалы, алмаз кескіш пілі немесе қайрауыш кескіш пілі) және жеке қорғаныс құралдары (PPE) қажет. Болат арматураны кесу үшін қолданылатын стандартты арматура кескіштері жарамсыз.

5. Төменгі қиылу беріктілігі мен байланыс сипаттамалары

Қиылу беріктілігі: Шыны талшықты арматура құрылымдық компоненттерде қолдануға шектеу енгізуі мүмкін болат арматураға қарағанда қиылу беріктілігі төмен болады, мысалы, жеткілікті құрама арматура болмаған жағдайда қатты жүктеме арқалайтын арқалықтар мен бағаналарда.

Бетонмен байланысуы: Әлбетте, GFRP арматура бетонмен механикалық байланысын жақсарту үшін қабырғалы немесе құммен қапталған беттермен жасалады, оның байланыс сипаттамалары болаттан ерекшелінеді, әсіресе тұрақты жүктемелер немесе динамикалық жағдайларда. Кейбір зерттеулер байланыс сипаттамалары сенімді жүктеме беру үшін нақты құрылымдық шешімдер қажет ететінін және ерекше анкерлік құрылымдардың қажет болуы мүмкін екенін көрсетеді.

6. Жоғары температурадағы өнімділік пен өртке төзімділік

Шайырдың ыдырауы: Әйнек қоспасындағы полимер шайыр матрицасы жоғары температурада ыдырауға бейім. Әдетте, шамамен 300°C (572°F) температурадан жоғары болғанда шайыр жұмсарып, GFRP арматурасының механикалық қасиеттері (беріктігі мен қаттылығы) маңызды түрде төмендей алады. Бетон қабығы жылулық оқшаулауын қамтамасыз етсе де, ауыр өрт оқиғаларында арматураның ішкі температурасы критикалық деңгейге жетуі мүмкін.

Суық температурадағы қаттылық: Кейбір түрлерінің GFRP арматура әсіресе төменгі температурада көбірек сынғыштық танытуы мүмкін, әйтсе де бұл құрылыс қоспалары үшін сирек кездеседі.

Дизайнға әсері: Өрт қауіпсіздігі негізгі мәселе болып табылатын немесе жоғары өртке төзімділік дәрежесі қажет болатын құрылыстар үшін GFRP арматурасын қолданған кезде арнайы қорғаныс шаралары немесе тұтас бетон жабынының қалыңдау болуы қажет болуы мүмкін. Бұл дизайнды күрделендіріп, әсіресе болат арматураға қарағанда құнын арттыруы мүмкін, өйткені болат арматура температураның жоғарылауында өзінің беріктігінің жоғары пайызын сақтайды, әлбетте, бұзылып тұрса да.

7. Шектеулі стандарттау және салааралық таныстылық

Құқықтық жүйенің дамуы: Белгілі бір жетістіктерге қол жеткізілгенімен, қабылдау процесінде фиброгласстік арматура болатқа қарағанда әлі де салыстырмалы түрде жаңа, өйткені болатта жүзжылдық іс-тәжірибе, стандарттар мен белгілі есептеу әдістері бар. Әйелдердің, ғимараттардың және жергілікті билік органдарының барлығында танымал және қабылданған деңгейге жету үшін Америкалық бетон институтының (ACI) 440 комитеті сияқты толық нұсқаулар болса да, әлі де дамып жатыр.

Есептеу күрделілігі: Көбінесе GFRP түрін пайдалану үшін құрама материалдардың қасиеттерін және оның қаттылығының төмендігін, қатты ыдырау түрін және байланыс сипаттамаларын есепке алатын нақты есептеу әдістерін түсіну қажет. Бұл көптеген жобалаушылар үшін үйрену процесі болып табылады, өйткені олар дәстүрлі болат арматурасына дағдыланған.

Сапаны басқару: GFRP түрінің сапасын басқару болатқа қарағанда күрделірек болуы мүмкін, өйткені әртүрлі өндіру процестері мен шайыр/тақта қосылыстары қолданылады.

8. Қайта переработка және қоршаған ортаға әсер ету мәселелері

Дәстүрлі әдістер арқылы қайта переработка жасалмайды: Әрине фиброгласстік арматура өндіру кезіндегі көміртегі ізі мен ұзақ қызмет ету мерзімі жағынан қоршаған ортаға пайдалы әсер ететінін, алайда оның қоспа табиғаты орташа әдістермен қайта өңдеуді қиындатады. Термостақ шайырлар GFRP-те әдетте балқымайтын немесе шыны талшындарынан оңай бөлінбейді.

Қызмет ету мерзімінің аяқталуы: Қазіргі уақытта қызмет ету мерзімі аяқталған GFRP өнімдердің (негізінен шыны талшыннан жасалған турбина жапалақтарын қоса алғанда) маңызды бөлігі жерге шығарылады. Күрделі қайта өңдеу технологияларының (мысалы, пиролиз, шайыр шығару, толтырғыш ретінде қолдану үшін механикалық ұнтақтау) зерттеулері жүргізілуде, бірақ масштабты тұрғыда коммерциялық тиімділік әлі дамып жатыр. Бұл болатқа қайта өңдеуге ыңғайлы және жақсы орнатылған қайта өңдеу инфрақұрылымы бар затпен қарсы келеді.

9. Жалғастыру үшін Қию және Байланыс Дизайны

Көлденең беріктік төмен: Қатты GFRP арматурасының пішіні бойынша бағытталған талшықтармен жасалатындығы оның болатқа қарағанда көлденең (оське перпендикуляр) ылғал беріктігінің төмен екенін білдіреді. Бұл кезде колонналардың айналасындағы және жан-жақты жүктемелер кезіндегі қадалу ылғалын есепке алу қажет болуы мүмкін.

Күрделі қосылыстар: Қосылыстар мен анкерлеу аймақтарын жобалау GFRP арматура материалдық қасиеттеріне байланысты күрделірек болуы мүмкін. Дәстүрлі дәнекерлеу немесе болат үшін қолданылатын стандартты механикалық бекітпелер қолданылмайтын болғандықтан, арнайы бейметалл бекітпелер мен анкерлеу жүйелері қажет.

Шынайы әлемнің салдары мен ақпарат негізінде шешім қабылдау

Шыны талшықты арматураның кемшіліктері оны универсалды түрде артықшылықты материал емес, тек арнайы шешім екенін көрсетеді. Оны таңдау үшін саналы және ақпарат негізінде шешім қабылдау қажет, ал болаттың баламасы ретінде автоматты түрде қолданбау керек.

Нақты қолдану: Күшті коррозиялы ортада (теңіз құрылыстары, химиялық зауыттар, мұз еріту тұзымен ластанған жолдар) жобалар үшін GFRP арматураның коррозияға тұрақтылығының ұзақ мерзімді пайдалы қасиеттері оның кемшіліктерінен асып түседі, сондықтан оны таңдау тиімді және экономикалық тұрғыдан қолайлы шешім болып табылады.

Жер сілкініс аймақтары: Күшті жер сілкінісі болатын аймақтарда GFRP арматура жобалау инженерлеріне энергияны шашырау үшін қажетті пластикалық қасиеттерді қамтамасыз ету мақсатында сенімдірек жобалау стратегияларын қолдану немесе гибридті қосалқы арматура жүйелерін (болат пен GFRP-ны қоса) қарастыру қажеттілігі туындайды.

Экономикалық талдау: Құрылымның өмір сүру циклі бойынша шығындарды толық талдау маңызды. GFRP материалдарының бастапқы құны жоғары болса да, техникалық қызмет көрсетуге кететін шығындардың азаюы мен қызмет мерзімінің ұзаруы жобаның өмір сүру уақыты ішінде едәуір үнемдеуге әкеліп соғады, әсіресе маңызды инфрақұрылыстар үшін.

Дизайн бойынша сарапшылар: Шыны талшық арматурасын сәтті енгізу оның ерекше механикалық қасиеттеріне, жобалау кодтарына (мысалы, ACI 440) және төменгі қаттылық пен қатты сынудың салдарына бейімделген құрылыс инженерлерінің сарапшылық біліктілігіне сүйенеді.

Қорытынды: Нақты бір ерекшеліктері мен кемшіліктері бар материал

Фиброгласстік арматура коррозияға және электромагнитті сезімтал ортада тұрғызылған құрылыстарда өзінен-өзі ерекше артықшылықтар ұсынып отырып, заманауи бетон құрылысында маңызды орын алып қалды. Алайда, оның артықшылықтарын тиімді пайдаланып, алдағы қауіптерден қорықпай әрі қарай дамыту үшін оның кемшіліктерін мойындау қажет.

Оның серпімділік модулі төмен болғандықтан, ауытқулар мен жарықтардың енін арттырады, қатты құлама түрі, бастапқы құны жоғары, сонымен қатар құрылыс алаңында иілу мүмкіндігі жоқ екені маңызды ескерту болып табылады және оларды қажет етеді. Құрылыс саласы жаңалықтар енгізіп келе жатыр, сонымен қатар осы шектеулердің кейбіреуін шешуге бағытталған зерттеулер жүргізілуде, талшық түрлерінде, шайыр жүйелерінде және гибридті композит шешімдерінде жетістіктерге қол жеткізілуде.

Соңында, шыны талшық пен болат арматура арасында таңдау жасау – бұл «жақсы немесе нашар» деген қарапайым мәселе емес. Бұл стратегиялық шешім болып табылады, ол жобаның нақты атмосфералық жағдайларын, конструкциялық талаптарын, эстетикалық талаптарын, экономикалық параметрлерін және қол жетімді білікті мамандарды қажет етеді. Сондай-ақ, құрылыс саласындағы мамандар әртүрлі артықшылықтар мен кемшіліктерді түсіне отырып, дұрыс шешім қабылдай алады және болашақтағы тұрақты, берік және құны тиімді бетон құрылыстарын жасауға кепілдік береді.