Beton se dlouho používá jako stavební materiál pro svou vysokou pevnost v tlaku, dobrou trvanlivost a nízké náklady. Jeho známá Achillova pata je však její křehkost a omezená pevnost v tahu. To bylo docela dobře vyřešeno asi před stoletím použitím výztužných tyčí (výztuže) oceli na tahové straně betonových konstrukcí. Ocelová výztuž je funkčně efektivní a relativně levná, takže ve většině případů odvádí dobrou práci. Ocelová výztuž má však svou vlastní slabost: náchylnost ke korozi (oxidaci), když je vystavena solím, agresivním chemikáliím a vlhkosti. Jak to koroduje, ocelová výztuž bobtná a zvyšuje tahové zatížení betonu, který začne praskat a spall, vytvářet otvory, které vedou k dalšímu a rychlejšímu poškození oceli a betonu. To vyžaduje nákladné opravy a údržbu, a pokud to umožní postupovat dostatečně daleko, může to ohrozit integritu struktury. V průběhu desetiletí byla zavedena řada povlaků a penetrantů, které pomáhají utěsnit vlhkost z betonu, a samotná výztuž byla vylepšena epoxidovými povlaky nebo použitím nerezové oceli. Není však vždy možné dlouhodobě zabránit korozi. Dále je zálibou ocelové výztuže k vedení elektrických a magnetických polí to, že je nežádoucí v betonu určeném pro určité výroby energie, lékařské / vědecké zobrazování, jaderné a elektrické / elektronické aplikace.
Návrh hodnoty FRP
Existuje mnoho důvodů, proč má výztužný polymer vyztužený polymer (FRP) v některých betonových strukturách smysl. Pro začátečníky kompozitní výztuž nebude rezivit nebo korodovat, takže je ideální pro periodické nebo dlouhodobé ponoření do čerstvé vody nebo solanky v aplikacích, jako jsou opěrné zdi, mola, mola, přístaviště, kesony, paluby, pilíře, přepážky, kanály, pobřežní plošiny, bazény a akvária. Je také imunní vůči silniční soli a dalším odmrazovacím chemikáliím, díky čemuž je odolnější a méně náročná na údržbu silnic a mostů, parkovacích struktur, letištních ranvejí, Jersey bariér, opěrných zdí a základů, obrubníků, parapetů a desek na úrovni. Dále nabízí širokou odolnost vůči řadě dalších chemikálií, které se nacházejí v čistírnách odpadních vod, na místech s pevným odpadem, v petrochemických závodech, celulózkách a papírnách, v potrubí, v nádržích, v chladicích věžích a komínech, jakož i v alkalickém prostředí samotného betonu.
Další výhodou je, že tahová pevnost FRP výztuže je obvykle 1,5 až 2krát vyšší než ocel, takže je to dobrá protiváha k vysoké pevnosti betonu v tlaku. Poskytuje také vynikající odolnost proti únavě, díky čemuž je vhodný pro situace cyklického zatížení (například na silnicích a mostech). Navíc je kompozitní výztuha čtvrtinou hmotnosti srovnatelně výkonné oceli. Zde je řada praktických výhod. Stavební dělníci, kteří je musí nosit a instalovat, jsou méně opotřebení a je třeba jeřáby a další těžká zařízení. Lze jej snadno řezat běžnými řeznými nástroji, aniž by došlo k poškození pilových kotoučů. Větší výztuž lze přepravit na jedno nákladní vozidlo bez překročení zákonných limitů nakládky. U mostů a podobných struktur poskytuje vyšší poměr pevnosti k hmotnosti buď větší nosnost pro danou strukturu, nebo možné příležitosti ke snížení velikosti a hmotnosti celé struktury. Kompozitní výztuž je také užitečná v aplikacích citlivých na hmotnost, kde půdy mají špatné nosné vlastnosti, v seismicky aktivních místech nebo v oblastech citlivých na životní prostředí, kde je nežádoucí pohybovat těžkými zařízeními.
Pro elektromagneticky citlivé aplikace jsou sklo (nejběžnější vyztužení kompozitní výztuže) i polymer neodmyslitelně nevodivé, takže nebudou přenášet proud, přitahovat úder blesku ani rušit činnost blízkých elektrických zařízení. Díky tomu je bezpečnější volba v závodech na tavení hliníku a mědi, jaderných elektráren, specializovaných vojenských struktur, letištních věží, elektrických a telefonních přenosových věží, šachet obsahujících elektrická nebo telefonní zařízení, nemocnic s magnetickým rezonančním zařízením (MRI) a zpoplatněných silnic snímací pole a sběrné kabiny. Protože sklo vyztužený kompozit je stejně špatný při přenosu tepla, může být užitečný při udržování klimatizace v budovách, terasách a suterénech.
I když počáteční náklady na kompozitní výztuž jsou obecně vyšší než standardní ocelové výztuže a jsou zhruba srovnatelné s ocelovými výztužemi s epoxidovým povlakem, při posuzování na základě nákladů životního cyklu (LCC) to může být docela ekonomické - zejména pro nepředpjaté betonové aplikace, které podléhají pro ohybové, střižné a tlakové zatížení, které obvykle vyžaduje časté opravy a údržbu nebo kde jsou jiné problémy s kovem. Ze všech těchto a dalších důvodů se kompozitní výztuž pomalu začala prosazovat na trhu stavebnictví.
Žádné regy, žádný pokrok
Kompozitní výztuž má svůj start v Japonsku v 80. letech 20. století s uhlíkovými a aramidovými vlákny v termosetových matricích a pomalu se rozšířila na projekty v Kanadě během počátku 90. let, říká John Busel z American Composites Manufacturers Assn. (ACMA, Arlington, Va.). Ale vzpomněl si, že se to opravdu nepodařilo, dokud nebyly vyvinuty a zveřejněny specifikace pro kompozitní výztuž na konci 90. let. Busel, ředitel Iniciativy pro růst kompozitů ACMA, byl po dobu 12 let tajemníkem a poté předsedou výboru American Concrete Institute (ACI, Farmington Hills, Michigan). 440 - FRP Reinforcement, v době, kdy skupina vyvinula své průkopnické specifikace a design průvodce pro FRP výztuž.
"Vycházet s produkty, které nejsou podporovány testováním a výzkumem, prostě nefunguje se stavebními inženýry," vysvětluje Busel. "Přesvědčit je o tom hodně dat a jejich získání vyžaduje čas." S ohledem na tuto skutečnost byl Výbor 440 zřízen na počátku 90. let a byl blízko deseti let, aby vypracoval první vydání, zveřejněné v roce 1999, aktualizované v roce 2006, s další aktualizací splatnou v roce 2012. „Nyní máte standardy, které architekti, inženýři a dodavatelé mohou do svých plánů vložit celosvětově, “říká Busel s tím, že„ ACI 440.1R se ukázal jako jeden z nejznámějších a nejpoužívanějších specifikačních průvodců na světě a rozhodně to stálo za to. “
„ACI 440 je velmi dynamickým a aktivním sdružením,“ poznamenává Buselův dlouholetý kolega Doug Gremel. "Nediskriminovali jsme žádný výzkum kdekoli na světě." Pokud to dokážeme vzít a začlenit do našich kódů, uděláme to. “ Gremel - ředitel nekovového vyztužení v Hughes Brothers Inc., ředitel dceřiné společnosti HughesAslan Pacific Ltd.(oba Seward, Neb.) a předseda řídícího výboru společnosti Omaha, společnost Composite Insulated Concrete Systems LLC se sídlem v Neb.
Přes toto rostoucí množství vědy a zkušeností v polovině až koncem 90. let byl růst používání výztuže FRP pomalý. První americká instalace se neobjevila až v roce 1996 v McKinleyville / Buffalo Creek Bridge v Brooks County, W. Va. FRP armatura konečně získala trakci v Severní Americe poté, co byla začleněna do kanadského kódu pro dálniční most, kde se stala výchozím řešením pro řešení koroze způsobené drsným počasím Kanady. To zase vedlo k práci Americké asociace státních silničních a dopravních úředníků (AASHTO) na vývoji specifikací pro použití betonových palet ze skleněných FRP (GFRP) a dopravních zábradlí. Od té chvíle měli technici a specifikátoři Ministerstva dopravy USA (DoT) vlastní průvodce designem, který by šel spolu s ACI 440. Výsledkem je, že Busel, Kanada a USA mají nyní v některých aspektech téměř 400 mostů s výztuží FRP. jejich konstrukce. Evropské instalace rostou, ale pomaleji.
Gremel - jehož zaměstnavatel, Hughes Brothers, je globálním dodavatelem prutu FRP - říká, že standardy tvoří objektivní rámec pro zajištění kvality. "Musíme poskytnout produkční šarže jako důkaz, že jakýkoli daný" mlýnský běh "výztuže splňuje nebo překračuje vlastnosti uvedené v normách ASTM," říká. "Provádíme tahové moduly a tahové testy na každé šarži, kterou provozujeme, stejně jako ocelové kluci."
Pokrok komunitního inženýrství směrem k pohodlí s výztuží FRP může být pomalý, ale neodradil to od snahy o nové přístupy k jeho výrobě, které by, jak ukazují následující příklady, mohly učinit příští generaci složeného výztuže mnohem atraktivnější alternativou k oceli .
