Seminarski Rad

UNIVERZITET U BIHAĆU TEHNIČKI FAKULTET BIHAĆ

SEMINARSKI RAD Kompozitna armatura

PREDMET : Novi materijali u PROFESOR :

građevinarstvu

prof.dr. Edis Softić, Softić, dipl.inž.građ. dipl.inž.građ.

STUDENT : Sabina Kozlica, B.Sc.građ.

Bihać, juni, 2017

SADRŽAJ

POPIS SLIKA .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................ .................................... .............. III POPIS TABELA ............................................. .................................................................... ............................................. ............................................. ............................ ..... IV 1. UVOD ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................ ............................................. ....................... 5 2. KOMPOZITNI MATERIJALI .......................................... ................................................................ ............................................ .............................. ........ 6 Vlakna ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ ............................................. ....................... 7 Smola ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................ ............................................. ....................... 9 Proces proizvodnje .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ........................... .... 9 Koeficijent termalne ekspanzije ............................................ .................................................................. ............................................ ......................... ... 11 ................................................................. ............................................ ................................ .......... 11 Uticaj povišene temperature ........................................... ................................................................. ................................ ......... 11 Čvrstoća prijanjanja FRP armaturnih šipki .......................................... Karakteristike nekih osnovnih vrsta vlakana ............................................ ................................................................... ............................ ..... 12 1. Staklena vlakna .......................................................... ................................................................................. .............................................. ............................ ..... 12 2. Aramidna vlakna ............................................. .................................................................... ............................................. ....................................... ................. 13 3. Karbonska vlakna .......................... ................................................ ............................................ ............................................ .................................... .............. 14 4. Bazaltna vlakna ............................................... ...................................................................... ............................................. ....................................... ................. 15 ............................ 17 3. UPOTREBA KOMPOZITNE ARMATURE U GRAĐEVINARSTVU GRAĐEVINARSTVU ............................. .................................................................... ............................................. ............................................. ............................ ..... 20 4. ZAKLJUČAK ............................................. 5. LITERATURA............................................ ................................................................... ............................................. ............................................. ............................ ..... 21

II

POPIS SLIKA

Slika 1. Posljedica pojave korozije čelične armature [5]........................................................... 6 Slika 2. Dostupni oblici kompozitnih materijala [1] .................................................................. 6 Slika 3. Kompozitna armatura u obliku šipki i mreža [5] .......................................................... 7 Slika 4. Šema polimera armiranog vlaknima [2] ....................................................................... 7 Slika 5. Modul elastičnosti različitih vrsta vlakana [5] ............................................................. 8 Slika 6. Formacije vlakana: a) i b) – snop, c), d), e) i f) – mata [2] .......................................... 8 Slika 7. Proces proizvodnje FRP [2] ........................................................................................ 10 Slika 8. Ručno pravljenje GFRP laminata na stolu za oblikovanje [2] ................................... 10 Slika 9. Oblikovanje CFRP sloja preko armiranobetonskog elementa [2] .............................. 10 Slika 10. Hibridni profil od karbonskih i staklenih vlakana [2]............................................... 11 Slika 11. Armaturne šipke – a)orebrena, b)pjeskarena, c)uvijena pjeskarena [2] .................. 12 Slika 12. Staklena vlakna [3] .................................................................................................... 13 Slika 13. Aramidna vlakna [3] ................................................................................................. 13 Slika 14. Karbonska vlakna [3] ................................................................................................ 15 Slika 15. Bazaltna vlakna [3] ................................................................................................... 15 Slika 16. Područja primjene FRP materijala [2] . .................................................................... 17 Slika 17. Poređenje FRP materijala sa čelikom [3] ................................................................. 17 Slika 18. Primjeri armiranja ploče i stubova [6] ..................................................................... 18 Slika 19. Upotreba FRP u prednapregnutim konstrukcijama [6] ............................................ 18 Slika 20. Izgledi pojedinih pojačanja [6] ................................................................................. 18 Slika 21. Rehabilitacija drvenog poda [6] ............................................................................... 19 Slika 22. Omotavanje cijevi GFRP-om [6]............................................................................... 19 Slika 23. Hibridni profili (lijevo), Sandwich paneli (desno) [6][2] .......................................... 19

III

POPIS TABELA

Tabela 1. Karakteristike armaturnih vlakana [2] ...................................................................... 8 Tabela 2. Karakteristike termootpornih polimernih smola [2] .................................................. 9

IV

Kompozitna armatura

Uvod

1. UVOD

Beton se, u jednu ruku, može smatrati kompozitnim materijalom, čije je ojačanje agregat, a matrica cementni gel. Da bi ovaj materijal ostvario svoju funkciju, potrebno je da da su svi

komponentalni materijali u pravom omjeru i prave kvalitete. Sa ove tačke gledišta, slično se može posmatrati i kada je u pitanju armirani beton. Naime, armatura betonu omogućava nosivost na savijanje, budući da je čvrstoća betona na savijanje skoro jednaka nuli. Bez armature, savijani beton bi pukao, odnosno, prvo bi došlo do pojave pukotina, a zatim do kolapsa konstrukcije. Iz toga se jasno može zaključiti da armatura igra važnu ulogu u armiranom betonu, posebno sa strane trajnosti betona. Armatura, ukoliko preko raspucalog dijela betona dospije voda u poprečni presjek, ona korodira. Korozija armature narušava vijek konstrukcije, a može dovesti i do loma. Kao alternativa ovom problemu nameće se upotreba novih materijala koji bi unaprijedili armaturu sa ovog aspekta – kompozitna armatura. Kompozitna armatura je, uslovno reč eno, relativno novi materijal koji se koristi kao građevinski materijal u betonskim konstrukcijama. Iako nedovoljno istražena i ispitana, kompozitna armatura uzima sve više mjesta pri projektovanju i građenju betonskih konstrukcija, prvenstveno u svijetu, a sve više i u zemljama regije.

Po svojim karakteristikama znatno prednjači u odnosu na klasičnu čeličnu armaturu, ali, sa druge strane, ima i znatne nedostatke u odnosu na klasični armaturni čelik, što i ograničava upotrebu ovog materijala u određenim s egmentima gradnje. U ovom radu biće prezentirane osnovne vrste kompozitne armature, kao i njihove osobine, te upotreba kompozitne amrature u građevinarstvu.

5

Kompozitna armatura

Kompozitni materijali

2. KOMPOZITNI MATERIJALI Upotreba kompozitnih materijal a u građevinarstvu seže od materijali po prvi put ispitivani za upotrebu u konstrukcijama.

1950 -tih godina, kad su ovi Međutim, tek 1970-tih godina može se reći da su ovi materijali počeli biti korišteni kao amratura u betonskim konstrukcijama. Kompozitna armatura se sve više nameće kao adekvatno rješenje i zamjena za čeličnu armaturu. Naime, kada čelična armatura korodira, dolazi do povećanja poprečnog presjeka armaturne šipke, te beton oko nje puca, što rezultira sm anjenjem dugotrajnosti betona (Slika 1.).

Slika 1. Posljedica pojave korozije čelične armature [5] Prednosti kompozitnih materijala za armiranje betona su: -

Visoka otpornost na koroziju i agresivne sredine što ne dovodi do uništenja betona kao što je slučaj kod čelične armature. Lakša od čelične. Jača od čelične. Lakoća pri transportu. Lakoća pri radu. Transparentna na radio i magnetne talase.

Ne provodi eleltričnu energiju. Ne provodi toplotu.

Jeftinija od čelične pocinkovane i plastificirane epoxidom. Smanjenje troškova pri održavanju objekata. Otpornost na hlorid-jone, visoke i niske Ph vrednost i, bakterijsko širenje [5].

Već od ranih upotreba, razvile su se različite vrste vlakana koja su dio kompozitnog materijala, a to su vlakna od: aramida, bazalta, karbona i staklena vlakna. Kompozitni

proizvode se rade u više različitik oblika, kao šipke, platna, 2D mreže, 3D mreže, te standardni konstrukcioni oblici, što je vidljivo na Slici 1.

Slika 2. Dostupni oblici kompozitnih materijala [1] 6

Kompozitna armatura


Kompozitna armatura se primenjuje u k onstrukcijama izloženim vlažnim i agresivnim sredinama, konstrukcije u kojima je neophodan neometan rad magnetnih i elektromagnetnih talasa, ojačavanje novih i postojećih konstrukcija, sanacije [5].

Slika 3. Kompozitna armatura u obliku šipki i mreža [5] Kompozitna armatura se sastoji od dva dijela, i to od vlakana i smole (koja je u funkciji matrice koja povezuje vlakna). Vlakna (armatura) ima visoku otpornost i krto ponašanje, dok polimerna matrica (smola, filer i aditivi) ima jako malu otpornost, ima ulogu prenosa

opterećenja i distribucije napona među vlaknima, štiti vlakna od vanjskih uticaja, te zadržava vlakna u poziciji, tj.štiti ih od izbočavanja pri priti sku. Na Slici 1. je prikazana šema polimera armiranog vlaknima.

Slika 4. Šema polimera armiranog vlaknima [2]

Mehaničke osobine finalnog proizvoda – kompozita zavise od kvalitete vlakana, orjentacije, oblika, volumetrijskog odnosa, adhezije u matrici, te od procesa proizvodnje. Naravno, jednostavno miješanje vlakana i matrice nije garant za dobru kvalitetu kompozi ta. Naime, kompoziti koji imaju isti volumetrijski odnos, sa istim vlaknima, i sa istim odnosnom zapremine vlakana i matrice se mogu jako razlikovati kao finalni proizvodi. To se javlja pri upotrebi raznih aditiva i rastvarača, kao što su stiren, inorgansk i fileri, katalizatori, UV agenti, retarderi vatre i dr.

Vlakna

Vlakna koja se koriste za proizvodnju kompozitnih materijala moraju biti visoke čvrstoće i kutosti, tvrdoće, trajnosti, i poželjno niske cijene. Rad vlakana zavisi od njihove dužine, 7

Kompozitna armatura


poprečnog presjeka i hemijskog sastava. Na sljedećoj slici se može vidjeti modul elastičnosti različitih vrsta vlakana koja se koriste u kompozitnim materijalima.

Slika 5. Modul elastičnosti različitih vrsta vlakana [5] U sljedećoj tabeli se mogu vidjeti karakteristike uobičajenih proizvodima od polimerima armiarnim vlaknima (skr.FRP).

vlakana koja se koriste u

Tabela 1. Karakteristike armaturnih vlakana [2] Karakteristika

Čvrstoća [MPa] Modul elastičnosti [GPa] Deformacija pri lomu [%] Gustoća [g/cm3]

E-staklo

Karbon

Aramid

2350 – 4600

2600 – 3600

2800 – 4100

73 – 88

200 – 400

70 – 190

2,5 – 4,5

0,6 – 1,5

2,0 – 4,0

2,6

1,7 – 1,9

1,4

Vlakna mogu doći u različitim formacijama, odnosno kao snopovi ili kao mate, koje mogu biti tkane i netkane, što se može vidjeti na sljedećoj slici.

Slika 6. Formacije vlakana: a) i b) – snop, c), d), e) i f) – mata [2]

8

Kompozitna armatura


Smola

Veoma važan zadatak u proizvodnji kompozita je izbor adekvatne matrice jer fizičke i termalne osobine matrice značajno utiču na finalne mehaničke osobine kao i na proces proizvodnje [1]. Uloga matrice je da obavija vlakna, štiti ih od mehaničke abrazije, t e prenosi napone između vlakana. Druge veoma važne osobine smole – matrice je prenos interlaminarnih i ravanskih poprečnih sila u kompozitu, te prevencija od izvijanja vlakana pri pritiskujućem opterećenju. Dva tipa smola – matrica se koriste za upotrebu kompozitnih materijala, a to su: -

termootporni polimeri – koriste

se mnogo više nego termoplastični, tekućina niske molekularne težine, veoma niske viskoznosti. Kada se jednom napravi trodimenzionalna kruta veza molekula, ne može se više dalje oblikovati t oplotom ili pritiskom. Ovi polimeri se proizvode u tekućem stanju, da bi se osiguralo dobro kvašenje vlakana. Najčešće korišteni termootporni polimeri su poliester, vinilester i epoksi. Ovi materijali imaju dobru termalnu stabilnost i hemijsku otpornost i prolaze nizak nivo puzanja i relaksaciju napona [1]. Mana ovih polimera je što im je potrebno

-

relativno mala deformacija do loma, što ima za rezultat slabu udarnu čvrstoću, kratak rok trajanja i duže vrijeme proizvodnje. termoplastični polimeri su napravljeni od molekula linearne konstrukcijske forme. Ove molekule su povezane slabom vezom koja se može razbiti toplotom ili pritiskom, te nakon hlađenja matrica dobija kruti oblik. Ovi polimeri se mogu višestruko (pre)oblikovati toplotom.

U sljedećoj tabeli se mogu vidjeti osobine termootpornih polimernih smola. Tabela 2. Karakteristike termootpornih polimernih smola [2] Karakteristika

Čvrstoća [MPa] Modul elastičnosti [GPa] Deformacija pri lomu [%] Gustoća [g/cm3] Temperatura staklene tranzicije [°C]

Poliester 20 – 70

Vinilester 68 – 82

Epoksi 60 – 80

2 – 3

3,5

2 – 4

1 – 5

3 – 4

1 – 8

1,2 – 1,3

1,12 – 1,16

1,2 – 1,3

70 – 120

102 – 150

100 – 270

Armaturne šipke od kompozitnog materijala se dobijaju iz kontinuiranih vlakana (kao što su karbon, staklo i aramid) ugrađenih u matricu. Ove šipke se, kao i čelične, mogu proizvoditi u više oblika i to: spiralne, ravne, orebrene pod pravim uglom, orebrene uko so, te deformirane. Veza ovih šipki sa betonom je jednaka ili veća od veze betona sa čeličnom šipkom. Proces proizvodnje

Uobičajeni procesi proizvod nje kompozitnih materijala su poltruzija, pletenje i uvijanje filamenata.

9

Kompozitna armatura


uobičajeni način za proizvodnju kontinuiranih dužina kompozitnih šipki k oje su približnog ili konstantnog profila. Materijal se povlači kroz rezervoar sa smolom, gdje se vrši zasićenje materijala, pa zatim u dio gdje se vrši oblikovanje. Šipke su, uglavnom, orebrene ili Poltruzija je

pjeskarene kako bi se osigurala dobra veza sa betonom. U principu, proces proizvodnje poltruzijom se može podijeliti u dvije faze, i to:

impregnacija staklenih vlakana tečnom smolom unutar zagrijanog kalupa, koji je oblika poprečnog presjeka koji se planira proizvesti i - njegovanje/ukrućivanje matrice smole unutar kalupa, rezultirajući pravljenjem profila koji se -

namjerava proizvesti/napraviti.

Slika 7. Proces proizvodnje FRP [2]

Osim ovih tipova proizvodnje FRP, tu su još i ručno postavljanje, cetrifugacija, oblikovanje prenosom smole (RTM), oblikovanje infuzijom smole (RIM), oblikovanje kompresijom,

oblikovanje prenosom smole pomoću vakuuma (VARTM), vakuumska infuzija. Ručno postavljenje se sastoji od nanošenja slojeva vlaknaste armature i njihove impregnacije polimernim matriksom, koji se njeguje ili u kalupu, ili na elementu koji je učvršćuje [2].

Slika 8. Ručno pravljenje GFRP laminata na stolu za ob likovanje [2]

Slika 9. Oblikovanje CFRP sloja preko armiranobetonskog elementa [2] 10

Kompozitna armatura


Potrebno je napomenuti da se, zavisno od specifičnosti zahtjeva upotrebe, procesi poizvodnje FRP proizvoda mogu kombinovati, npr.u diverziji vlakana armature (tip, orjentacija, pozicija,

sadržaj), različiti polimeri kao matrice, aditivi i fileri u matrici (posebne karakteristike),i sl.

Slika 10. Hibridni profil od karbonskih i staklenih vlakana [2]

Koeficijent termalne ekspanzije

Koeficijent termalne ekspanzije je, ovisno o vrsti vlakana i matrice, različit u podužnom i poprečnom smjeru. Naime, materijali mogu imati koeficijente termalne ekspanzije sa pozitivnim i negativnim predznakom. Na primjer, polimer armiran aramidnim vlaknima ima negativni koeficijent termalne ekspanzije, što znači da se pri povišenim temperaturama ovaj materijal skuplja. Kao

primjer različitosti koeficijenata termalne ekspanzije u podužnom i poprečnom smjeru na vlakna su polimeri armirani karbonskim i staklenim vlaknima. CFRP ima koeficijent termalne

ekspanzije u podužnom smjeru približno nuli, a GFRP ima podužni koeficijent termalne ekspanzije približan betonu. Uticaj povišene temperature Budući da su polimeri armirani vlaknima osjetljivi na povišene temperature, pri projektovanju konstrukcija sa ovim materijalima treba posebno voditi računa o ovom segmentu, posebno ako se radi o konstrukcijama kod kojih je značajn proračun na dejstvo požara. Naime, polimeri u betonu ne mogu goriti, ali povišena temperatura uzrokuje, usljed nedostatka kisika, omekšavanje smole. Iz tog razloga, značajna je karakteristika ovih materijala upravo temperatura pri kojoj savojna i adheziona čvrstoća opadaju, odnosno, temperatura staklene tranzicije Tg. Efekat temperatur e staklene tranzicije je veći kod termoplastičnih nego kod termootpornih polimera, kao što je smola vinil ester. Na primjer, modul elastičnosti armaturne šipke od termootpornog polimera prije i poslije vrijednosti T g iznosti 50 i 20 GPa, dok je kod termoplastičnog ova razlika drastična i iznosi, primjera radi, prije i poslije vrijednosti T g 40 i 0,4 GPa.

Čvrstoća prijanjanja FRP armaturnih šipki Čvrstoća prijanjanja FRP šipki zavise od pripreme površine šipke, koje mogu biti, kako je prethodno navedeno, pjeskarene, orebrene, itd. Trenje i adhezija prenose sile prijanjanja na

beton. Za razliku od armaturnih šipki, čvrstoća betona na pritisak nema uticaja na silu prijanjaja FRP armaturnih šipki. 11

Kompozitna armatura


Slika 11. Armaturne šipke – a)orebrena, b)pjeskarena, c)uvijena pjeskarena [2]

Karakteristike nekih osnovnih vrsta vlakana

Najkorištenija vlakna u polimerima armiranim vlaknima su: -

staklena vlakna, aramidna vlakna, karbonska vlakna i bazaltna vlakna.

1. Staklena vlakna Stakleno vlakno je daleko najdominantnije vlakno koje se koristi u armiranim polimerim. Vlakna izrađena od stakla se proizvode u mnogim varijantama za s pecifične upotrebe. Obično imaju sadržaj silicijuma veći od 50 p rocenata i sastav različitih oksida minerala daje im posebne karakteristike. Postoji više vr sta staklenih vlakana, kako slijedi: -

-

A-staklo – alkalno

staklo od soda krečnjačkog silikata, koristi se tamo gdje nije potrebna električna otpornost E-stakla, dominantno se koristi za kontejnere i prozorska okna; AR-staklo – alkalnootporno staklo od cirkonij silikata, koristi se u supstratima Portland cementa; C-staklo – staklo otporno na hrđu od boros ilikata, koristi se u kiselokorozivnim sredinama/medijima; D-staklo – staklo niske dielektrične konstante od borosilikata, za primjenu u elektro

inženjerstvu; - E-staklo – bez alkalija, visoko elektrootporno staklo od aluminij kalcij borosilikata, poznato kao vlakna koja se koriste uopšteno za sve potrebe zbog svoje čvrstoće i elektrootpornosti, najkorištenije vlakno koje se koristi u industriji polimera armiranih -

-

vlaknima; ECR-staklo

– E-staklo sa većom otpornosti na kiselu koroziju od kalcij aluminosilikata, koristi se gdje su potrebni čvrstoća, elektrootpornost i otpornost na kiseline i koroziju; R-staklo – armaturno staklo od kalcij aluminosilikata koje je koristi gdje su potrebni veća čvrstoća i otprrnos t na kiselu koroziju; 12

Kompozitna armatura

-


S-staklo – staklo visoke čvrstoće od magnezij aluminosilikata, koristi se tamo gdje su

potrebni veća čvrstoća, krutost, otpornost na ekstremne temperature i koroziju; - S-2 staklo – staklo sa osobinama sličnim S -staklu, samo nešto unaprijeđenim (komercijalni naziv materijala).

Slika 12. Staklena vlakna [3] Vlakna koja se koriste za armaturu su uglavnom u kategorijama E-stakla, AR-stakla i Sstakla. Od svih vlakana koja su na raspolaganju za konstrukcijsko jačanje i armiranje, E -staklo je daleko najčešće korišteno i najjeftinije. Stakleni kompoziti se koriste tamo gdje nije potrebna veća krutost ugljeničnih ili aramidnih vlakana i ne trebaju visoki hemijski i alkalni otpor bazaltnih vlakana. Ovakve primj ene uključuju jačanje zidanih konstrukcija na pomak i za zaštitu od eksplozije [3]. 2. Aramidna vlakna Aramidna vlakna su vlakna visoke čvrstoće koja su poznata

po tome što se najviše koriste za izradu odjeće otporne na metke i vatru. Visoka čvrstoća, visoki modul elastičnosti i visoka otpornost na abraziju čine ova vlakna jako povoljna za proizvodnju polimera armira nih vlaknima.

Aramid je sintetičko vlakno od polimera aromatičnog poliamida. Postoje meta-aramid i paraaramid. Hemijske veze para-aramida su poredane linijski u podužnom pravcu vlakna, dok hemijske veze meta-aramida nisu, odnosno, one su poredane cik-cak, pa prema tome imaju manju zateznu čvrstoću od para -aramida.

Slika 13. Aramidna vlakna [3] 13

Kompozitna armatura


Vlakna napravljena od meta-aramida imaju izvrsnu toplotnu, hemijsku i radijacijsku otpornost i služe za proizvode od tekstila za zaštitu od plamena, kao što su vanjska odjeća za vatrogasce i vozače trkaćih automobila. Meta-aramid ima malu čvrstoću na pritisak i apsorbuje i raspršuje energiju koja je pravougaona na smjer vlakna, što ga čini preferiranim vlaknima koja se koriste u zaštitnim prslucima i ostalim balistički otpornim oklopima. Prednost vlakana od para-aramida je to da su fleksibilna i visokootporna na abraziju, što ih čini idealnim izborom za užad visoke čvrstoće. Za sidrenje FRP u konstrukcije, ova vlakna su odličan izbor

budući da se mogu smotati oko malih radijusa [3]. Aramidi se rapidno razgrađuju UV zrakama i stoga moraju biti prekriveni ili premazani. Ova vlakna također upijaju vlagu. Čvrstoća i krutost opadaju sa sadržajem vode ili u sredinama visoke vlažnosti [3]. 3. Karbonska vlakna Ova vlakna se u građevinarstvu koriste kao: -

Osnovni materijal (cijevi, zatege, držači); Proizvodnja mikroarmiranih betona; i

Materijal za ojačanje i sanaciju konstrukcija [4].

U tom smislu, karbonska vlakna se primjenjuju za: -

Ojačanje betonskih greda, ploča i stubova; Ojačanje drvenih konstrukcija i spojeva; Sanaciju konstrukcija oštećenih požarom; Sanaciju konstrukcija oštećenih seizmičkim djelovanjem; Ojačanje konstrukcije mostova usljed povećanja statičkih i dinamičkih djelovanja; Ojačanje nosivih konstrukcija objekata usljed povećanja djelovanja izazvanih promjenom namjene objekta [4].

Prednosti upotrebe karbonskih vlakana i materijala na bazi karbonskih vlakana su: -

Jednostavna ugradnja zbog relativno male gustoće materijala; Visok modul elastičnosti i zatežuća čvrstoća; Postojanost na koroziju i djelovanje kiselina;

Ne utiču na dimenzije konstrukcije zbog male debljine; Karbonske trake se mogu rezati tako da odg ovaraju potrebnoj dužini ili se naručuje potrebna dužina trake u slučaju da je dužina veća od standardne [4].

14

Kompozitna armatura


Slika 14. Karbonska vlakna [3] Ovaj materijal nema široku zastupljenost u građevinarstvu zbog svoje visoke cijene, ali i nedovoljnog poznavanja njegove primjene. Takođe se smatra da u slučaju pucanja vlakana

izazvanog zatezanjem, dolazi do ispuštanja sitnih čestica veličine par mikrona, koje postaju slobodno lebdeće čestice, čije udisanje može ugroziti respiratorni sistem [4]. Primjenom karbonskih vlakana ne povećavamo znatno sopstvenu težinu konstrukcije, upravo zbog toga što karbonska vlakna nemaju veliku gustoću. Njihova prosječna gustina je 1,60g/cm3. Čvrstoća na zatezanje se kreće od 2100 MPa pa nadalje, dok su granične dilatacije do 2%. Karbonske trake imaju bolje mehaničke karakteristike od karbonskih vlakana, pa se tako ovisno o tipu trake mjenja čvrstoća na zatezanje, kao i granična dilatacija, odnosno maksimalno izduženje trake [4]. 4. Bazaltna vlakna Basalt vlakno je relativna novina za polimere oja čane

vlaknima (FRP) i kostrukcijske kompozite. Ima sličan hemijski sastav kao staklena vlakna, ali ima bolje karakteristike čvrstoće, a za razliku od većine st aklenih vlakana veoma je otporan na alkalne, kisele i uticaje soli, što ga či ni dobrim kandidatom za beton, mostove i obalne objekte [3].

Slika 15. Bazaltna vlakna [3] Bazalt je vrsta eruptivnog kamena, formiranog brzim hlađenjem lave na površini planete. To je najčešća st ijena u Zemljinoj kori. Karakteristike bazaltnog kamena variraju od izvora lave, brzine hlađenja i historijskog izlaganja elementima. Visokokvalitetna vlakna izrađena su od

bazaltnih nanosa sa uniformnim hemijskim sastavom. Slična je proizvodnja bazaltnih i staklenih vlakana. Drobljena bazaltna stijena je jedina sirovina potrebna za proizvodnju 15

Kompozitna armatura


vlakana. To je kontinualno vlakno proizvedeno kroz vrelo taloženje bazaltnog kamena na oko 2.700 ° F (1.500 ° C) [3].

U poređenju sa FRP -ovima napravljenim od stakla, aramida i ugljeničnih vlakana, nje gova upot reba na tržištu građevinske infrastrukture je veoma niska [3].

16

Upotreba u građevinarstvu

Kompozitna armatura

3. UPOTREBA KOMPOZITNE ARMATURE U GRAĐEVINARSTVU

Upotreba FRP u građevinarstvu je široka, ali je ovaj materijal još uvijek u razvoju. Upotreba ovog materijala se može jednostavnije svrstati u grupe kao na sljedećoj slici: Unutrašnja armatura konstrukcije

Područje primjene FRP materijala Vanjsko ojačanje konstrukcije

Hibridne konstrukcije

Konstrukcije u potpunosti od FRP-a

Slika 16 . Područja primjene FRP materijala [2] Trenutno glavno područje primjene FRP-a u građevinarstvu je zamjena čelika i čelične armature.Da je duktilan materijal i da je koeficijent toplinskog širenja jednak ovaj materijal bi u potpunosti zamijenio čelik. Najvažnija svojstva FRP u usporedbi s čelikom: -

neosjetljivi na koroziju, velika vlačna čvrstoća u smjeru vlakana, mala zapreminska težina (oko 6 puta manja), dobro ponašanje pod dinamičkim opterećenjem (70%vrijednostipočetne čvrstoće n akon 2 miliona ciklusa), ne provodi struju linearno –elastično ponašanje do sloma (neduktilnost), koeficijent toplinskog širenja je znatno manji od betona (osim GFRP), neotpornost na visoku temperaturu, tlačna čvrstoća je iznosi oko 50% vlačne čvrstoće.

Slika 17 . Poređenje FRP materijala sa čelikom [3] 17


Kompozitna armatura

Budući da potpuna zamjena čelika nije moguća još uvijek , upotreba FRP- a je raširena kako slijedi: -

armiranje betonskih elemenata kod kojih nije značajna duktilnost, a koji su izloženi koroziji, kao što su ploče i grede kod mostova i garaža (najčešće se koriste GFRP šipke zbog toplotnog istezanja i CFRP šipke), te AB stubovi izloženi nepovoljnim uticajima kao što su stubovi rasvjete i konstrukcije uz more;

Slika 18. Primjeri armiranja ploče i stubova [6] -

zatege, kablovi i lamele za vanjsko prednapinjanje (CFRP), gdje nije neophodno da je materijal duktilan, samo da je otporan na zamor i koroziju;

Slika 19. Upotreba FRP u prednapregnutim konstrukcijama [6] -

sanacija i pojačanje AB konstrukcija zamjenjujući čelične šipke i lamele sa FRP proizvodima, što je trenutno najveće područje primjene FRP proizvoda, i to sa lamelama i šipkama kada je potrebno pojačati nosivost konstrukcije na smicanje i savijaje, dok se tkanine koriste da bi se konstrukcija ojačala na dejstvo zemljotresa;

Slika 20. Izgledi pojedinih pojačanja [6] 18


Kompozitna armatura

-

sanacija i pojačanje zidanih i rjeđe drvenih konstrukcija primjenom šipki, tkanine, užadi i mreže, a dominantna uloga je kod seizmičkog pojačanja i popravka usljed diferencijalnih slijeganja temelja;

Slika 21. Rehabilitacija drvenog poda [6] -

instalacijske cijevi i tankovi, gdje su to uglavnom GFRP;

Slika 22. Omotavanje cijevi GFRP-om [6] -

upotreba hibridnih profila i izgradnja konstrukcija potpuno od FRP materijala;

Slika 23. Hibridni profili (lijevo), Sandwich paneli (desno) [6][2]

19

Kompozitna armatura

Zaključak

4. ZAKLJUČAK

Plastika ojačana vlaknima (FRP), također poznat kao polimer ojačan vlaknima, je kompozitni materijal gdje se koriste prirodna ili sintetička vlakna kako bi se mehanički povećala čvrstoća i krutost polimernog matriksa. FRP- ovi koji se koriste za armiranje i ojačanje konstr ukcija su veoma jaki, do osam puta jači od tipičnog armaturnog čelika. FRP-ovi koji se koriste

za unutarnju armaturu i jačanje konstrukcija koriste sintetska vlakna u polimernoj matrici kako bi se osigurala izvrsna čvrstoća rastezanja u smjeru vlakana. Vl akna su postavljena u ravnom, paralelnom i kontinuiranom rasporedu unutar matrice. Ti FRP-ovi su ponekad poznati u građevinarstvu kao kompoziti visoke čvrstoće. FRP-ovi koji se koriste kao ojačanje konstrukcije koriste se u širokom rasponu aplikacija. Kao unutarnje armature, strukturni FRP- ovi se proizvode u obliku šipki (šipke), klinova, te užadi za prednaprezanje. Vanjski spojeni ili ugrađeni FRP -ovi uglavnom se koriste za konstrukcijsko ojačanje i popravak be tonskih, zidnih, drvenih i čeličnih konstrukcija.

Konstrukcijsko ojačanje s vanjski vezanim FRP ojačanjima, posebno s CFRP visoke specifične čcrstoće, prihvaćeno je normama za seizmičke nadogradnje konstrukcija već značajan niz godina. Upotreba polimera ojačanih vlaknima je postala značajna na našim prostorima nakon ratnih razaranja, kao odlično i brzo izvedivo rješenje ojačanja i sanacije objekata. Primjeri objekata saniranih polimerima ojačanim vlaknima su: Skenderija -Dom mladih u Sarajevu, Poslovna zgrada Energoinvest Sarajevo, Gradski muzej Zenica, Direkcija za civilno zrakoplovstvo u Sarajevu, most Congressman McCloskey u Sarajevu, te neki objekti kulturno historijske

baštine.

20

Kompozitna armatura

Literatura

5. LITERATURA

[1] Design Manual No.3, Isis Canada Research Network, Canada, 2007.; [2] http://www.ecceengineers.eu/news/2013/57_8_Conf_Joao-Correia.pdf ( posjećeno 10.05.2017); [3] http://www.build-on-prince.com/#sthash.Dwz3sky3.dpbs (posjećeno 19.04.2017.); [4] Mahmutović, A., Džidić, S., Karbonska vlakna – Materijal novih mogućnosti, 3.Internacionalna naučna i stručna konferencija Sfera – Zbornik radova, Mostar, 2017; [5] http://www.kompozitna-armatura.com/ (posjećeno 10.04.2017.); [6] http://kompozitna-armatura.com/data/uploads/doki/smernice-za-koriscenjekompozitne-armature.pdf (posjećeno 03.06.2017.);

21

Seminarski Rad

Recommend Documents