Начало > Новини > Съдържание

Скрита революция: Композитната арматура придобива сила

Aug 03, 2020

Бетонът отдавна се използва като строителен материал заради високата си якост на натиск, добрата издръжливост и ниската цена. Въпреки това, добре познатата му ахилесова пета е нейната крехкост и ограничена якост на опън. Това беше решено доста удобно преди около век с помощта на арматурни пръти (арматура) от стомана в страната на напрежение на бетонните конструкции. Стоманената арматура е функционално ефективна и сравнително евтина, така че върши добра работа в повечето случаи. Стоманената арматура обаче има своя собствена слабост: податливост на корозия (окисляване), когато е изложена на соли, агресивни химикали и влага. Докато корозира, стоманената арматура набъбва и увеличава натоварването на опън върху бетона, който започва да се напуква и да се разпада, създавайки отвори, които водят до по-нататъшно и по-бързо разрушаване на стоманата и бетона. Това налага скъп ремонт и поддръжка и, ако се остави да напредне достатъчно далеч, може да компрометира целостта на конструкцията. Многобройни покрития и пенетранти са въведени през десетилетията, за да подпомогнат уплътняването на влагата от бетон, а самата арматура е модернизирана с епоксидни покрития или използването на неръждаема стомана. Но не винаги е възможно да се предотврати корозия в дългосрочен план. Освен това склонността на стоманената арматура да провежда електрически и магнитни полета я прави нежелана в бетон, определен за определени приложения за производство на енергия, медицински / научни изображения, ядрени и електрически / електронни приложения.

Предложение за стойност на FRP

Има много причини арматурно-армиран полимер (FRP) да има смисъл в някои бетонни конструкции. За начало, композитната арматура няма да ръждясва или корозира, така че е идеална за периодично или дългосрочно потапяне в прясна вода или саламура в приложения като подпорни стени, кейове, пристанища, кейове, кесони, палуби, колони, прегради, канали и др. офшорни платформи, басейни и аквариуми. Освен това е имунизиран срещу пътната сол и други химикали за изсушаване, което го прави по-траен и не толкова интензивен за поддръжка избор за пътни пътища и мостове, паркинг конструкции, писти на летището, бариери от Джърси, подпорни стени и основи, бордюри, парапети и плочи по степен. Освен това той предлага широка устойчивост на множество други химикали, намиращи се в пречиствателни станции за отпадни води, площадки за твърди отпадъци, нефтохимически инсталации, целулозно-хартиени фабрики, тръбопроводи, резервоари, охладителни кули и комини, както и алкалната среда на самия бетон.

Друго предимство е, че якостта на опън на FRP арматурата обикновено е 1,5 до 2 пъти по-висока от стоманата, така че това е добър противовес на високата якост на натиск на бетона. Той също така осигурява отлична устойчивост на умора, което го прави подходящ за ситуации с циклично натоварване (като тези на пътища и мостове). Освен това, композитната арматура е една четвърт от теглото на стоманата, която е сравнително добра. Тук има редица практически ползи. Има по-малко износване на строителните работници, които трябва да го носят и монтират, и по-малко нужда от кранове и друга тежка техника. Лесно се реже с обикновени режещи инструменти, без да се повредят ножовете на триони. Може да се тегли повече арматура за натоварване на камиони, без да се надвишават законовите ограничения за товарене. За мостове и подобни конструкции по-високото съотношение на сила и тегло осигурява или по-голяма носеща способност за дадена конструкция, или възможни възможности за намаляване на размера и теглото на цялата конструкция. Композитната арматура е полезна и при чувствителни към теглото приложения, когато почвите имат лоши носещи свойства, в сеизмично активни места или в чувствителни към околната среда райони, където е нежелателно да се движи тежко оборудване.

За електромагнитно чувствителни приложения, както стъклото (най-често срещаната армирана арматура), така и полимерът по своята същност са непроводими, така че те няма да предават ток, да привличат удари от мълния или да пречат на работата на близки електрически устройства. Това го прави по-безопасен избор в топилни инсталации за алуминий и мед, атомни електроцентрали, специализирани военни структури, кули на летищата, кули за електрическа и телефонна предавка, шахти, съдържащи електрическо или телефонно оборудване, болници с апаратура за магнитно-резонансна томография (ЯМР) и пътни такси сензорни масиви и кабини за събиране. Тъй като подсиленият със стъкло композит е еднакво лош при топлопредаване, той може да бъде полезен за поддържане на климатичния контрол в сгради, вътрешни дворове и мазета.

Въпреки че първоначалната цена на композитната арматура като цяло е по-висока от стандартната стоманена арматура и е приблизително сравнима с стоманената арматура с епоксидно покритие, когато се разглежда на базата на разходите за жизнения цикъл (LCC), тя може да бъде доста икономична - особено за приложения, които не са предварително напрегнати от бетон за огъване, срязване и сгъстяване на товари, които обикновено изискват чести ремонти и поддръжка или където има други проблеми с метала. Поради всички тези причини и повече, композитната арматура бавно започва да печели дял на пазара за строителство.



Без рег., Няма напредък

Композитната арматура започва в Япония през 80-те години, с усилване на въглеродни и арамидни влакна в термореактивни матрици и бавно се разпространява в проекти в Канада в началото на 90-те години, казва Джон Бусел от Американските производители на композитни материали Assn. (ACMA, Арлингтън, Вашингтон). Но той всъщност не излита, припомня той, докато в края на 90-те години бяха разработени и публикувани спецификации за композитна арматура. Бюсел, директор на инициативата за растеж на композитите на ACMA, беше 12 години секретар, а след това председател на Комитета на Американския бетонен институт (ACI, Farmington Hills, Mich.), Комитет 440 - FRP Reinforcement, по времето, когато тази група разработи своите новаторски спецификации и дизайн ръководство за FRP арматура.

„Създаването на продукти, които не са подкрепени от тестване и проучвания, просто не работи с инженерите по строителство“, обяснява Бусел. „Необходими са много данни, за да ги убедите и получаването им отнема време.“ С оглед на тази реалност, Комитет 440 е създаден в началото на 90-те години на миналия век и отне близо десетилетие, за да разработи първото издание, публикувано през 1999 г., актуализирано през 2006 г., с друга актуализация, която трябва да се появи през 2012 г. „Сега имате стандарти, които архитекти, инженери и изпълнителите могат да влязат в плановете си в световен мащаб ", казва Бусел, отбелязвайки, че" ACI 440.1R се оказа един от най-известните и най-използваните ръководства за спецификации в света и определено си заслужаваше цялата работа. "

„ACI 440 беше изключително динамична и активна асоциация“, отбелязва Дъг Гремел, дългогодишният колега на Busel. „Не сме дискриминирали никакви изследвания навсякъде по света. Ако можем да го вземем и включим в кодовете си, ние го правим. “ Гремел - директор на неметални армировки в Hughes Brothers Inc., директор на дъщерното дружество на ХюзAslan Pacific Ltd.(и двамата от Seward, Neb.) и председател на комитета за управление в Omaha, базирана в Neb. Composite Изолирани бетонни системи LLC - добавя: „Ние нямаме гордост от собствеността, когато става въпрос за това знание.“

Въпреки това нарастващо количество наука и опит в средата до края на 90-те години, растежът на използването на FRP арматура е бавен. Първата американска инсталация се появи едва през 1996 г. в моста McKinleyville / Buffalo Creek в окръг Брукс, W. Va. FRP, най-накрая придоби сцепление в Северна Америка след включването й в моста на канадския мост, където стана решение по подразбиране за справяне с корозия, причинена от суровото време в Канада. Това от своя страна доведе до работата на Американската асоциация на държавните магистрални и транспортни служители (AASHTO) за разработване на спецификации за използването на стъклени бетонни палуби FRP (GFRP) и пътни парапети. От този момент инженерите и спецификаторите на Министерството на транспорта на САЩ (DoT) разполагаха със собствено ръководство за проектиране, заедно с ACI 440. В резултат на това, казва Бусел, Канада и САЩ заедно имат почти 400 моста с FRP арматура в някакъв аспект на тяхното изграждане. Европейските инсталации растат, но с по-бавни темпове.

Gremel - чийто работодател, Hughes Brothers, е глобален доставчик на FRP арматура - казва, че стандартите формират обективната рамка за гарантиране на качеството. "Ние трябва да предоставим сертификати за производство на партиди като доказателство, че всеки даден" пробег "на арматура отговаря или надвишава свойствата, извикани в стандартите ASTM", казва той. „Правим тестове за опън и напрежение на всяка партида, която изпълняваме, подобно на стоманените.“

Напредъкът на гражданската инженерна общност към комфорт с арматура от FRP може да се окаже бавен, но това не обезкуражи стремежа към нови подходи към неговото производство, които, както следващите примери показват, могат да направят следващото поколение от композитен арматура много по-привлекателна алтернатива на стоманата ,