Бетон уже давно используется в качестве строительного материала для его высокой сжатия прочность, хорошая долговечность и низкая стоимость. Однако его известная ахиллесова пята – его хрупкость и ограниченная прочность. Это было решено довольно удобно около века назад с помощью армируях слитков (арматуры) стали в напряжении стороне бетонных конструкций. Стальная арматура функционально эффективна и относительно недорога, поэтому в большинстве случаев она делает хорошую работу. Однако стальная арматура имеет свою слабость: восприимчивость к коррозии (окислению) при воздействии солей, агрессивных химических веществ и влаги. По мере коррозии стальная арматура набухает и увеличивает нагрузку на бетон, который начинает трескаться и распыляться, создавая отверстия, которые приводят к дальнейшему и более быстрому износу стали и бетона. Это требует дорогостоящего ремонта и технического обслуживания, и, если это позволит продвинуться достаточно далеко, это может поставить под угрозу целостность структуры. Многочисленные покрытия и пенетранты были введены на протяжении десятилетий, чтобы помочь запечатать влагу из бетона, и ребар сам был модернизирован с эпоксидными покрытиями или использованием нержавеющей стали. Но это не всегда возможно предотвратить коррозию в долгосрочной перспективе. Кроме того, склонность стальной арматуры проводить электрические и магнитные поля делает нежелательным в бетоне, указанном для определенных силовых, медицинских/научных изображений, ядерных и электрических/электронных приложений.
Ценностное предложение FRP
Есть много причин, почему волоконно-аретонный полимер (FRP) арматуре имеет смысл в некоторых бетонных конструкций. Во-первых, композитная арматура не ржавеет и не разъедает, поэтому она идеально подходит для периодического или долгосрочного погружения в пресную воду или рассол в таких приложениях, как подпорные стены, причалы, причалы, набережные, кессоны, палубы, сваи, переборки, каналы, морские платформы, бассейны и аквариумы. Он также невосприимчив к дорожной соли и другим противооблачным химическим веществам, что делает его более прочным и менее устойчивым выбором для дорог и мостов, парковочных конструкций, взлетно-посадочных полос аэропорта, барьеров Джерси, подпорных стен и фундаментов, бордюров, парапетов и плит на сорте. Кроме того, он обеспечивает широкую устойчивость к целому ряду других химических веществ, обнаруженных на очистных сооружениях, полигонах твердых отходов, нефтехимических заводах, целлюлозно-бумажных комбинатах, трубопроводах, цистернах, градирнях и дымоходах, а также на щелочной среде самого бетона.
Еще одним преимуществом является то, что прочность арматуры FRP, как правило, в 1,5-2 раза выше, чем сталь, так что это хороший противовес высокой купрессивной прочности бетона. Он также обеспечивает отличную устойчивость к усталости, что делает его пригодным для циклических ситуаций загрузки (например, на дорогах и мостах). Кроме того, композитная арматура составляет одну четверть веса сопоставимой производительности стали. Здесь есть ряд практических преимуществ. Меньше износа на строителей, которые должны нести и установить его и меньше необходимости в кранах и другом тяжелом оборудовании. Это легко вырезать с общими режущих инструментов, не повреждая лопасти пилы. Больше арматуры можно перевозить на один грузовик без превышения допустимых пределов погрузки. Для мостов и подобных конструкций более высокое соотношение прочности к весу обеспечивает либо большую несущую способность для данной конструкции, либо возможные возможности для уменьшения размера и веса всей конструкции. Композитная арматура также полезна в чувствительных к весу приложениях, где почвы обладают плохими несущими свойствами, в сейсмически активных местах или в экологически чувствительных районах, где нежелательно перемещать тяжелое оборудование.
Для электромагнитно чувствительных приложений, как стекло (наиболее распространенное композитное арматурное подкрепление) и полимер по своей сути непроводящие, поэтому они не будут передавать ток, привлекать удары молнии или вмешиваться в работу близлежащих электрических устройств. Это делает его более безопасным выбором в алюминиевых и медеплавильных заводов, атомных электростанций, специализированных военных структур, башни аэропорта, электрические и телефонные башни передачи, люки, содержащие электрическое или телефонное оборудование, больницы с магнитно-резонансной томографии (МРТ) оборудования и платных дорог зондирования массивов и кабин сбора. Потому что стекло-усиленный композит поровну плох на тепловой передаче, он может быть полезн для поддержания управления климата в зданиях, палубах патио и подвалах.
Хотя начальная стоимость композитной арматуры, как правило, выше, чем стандартная стальная арматура и примерно сопоставима с эпоксидным покрытием стальной арматурой, при рассмотрении на основе стоимости жизненного цикла (LCC), она может быть весьма экономичной - особенно для не-предварительно подчеркнутых конкретных приложений, подверженных гибкой, сдвига и сжатия нагрузок, которые обычно требуют частого ремонта и технического обслуживания или там, где есть другие проблемы с металлом. По всем этим и более причинам композитная арматура постепенно начала набирать долю на рынке гражданского строительства.
Ни регов, ни прогресса
Композитная арматура получила свое начало в Японии в 1980-х годах, с углеродом и арамидным волокном подкрепления в термосетных матриц, и медленно распространилась на проекты в Канаде в начале 1990-х годов, говорит Джон Busel из американских производителей композитов Assn. (ACMA, Арлингтон, штат Вирджиния). Но он действительно не взлетить, вспоминает он, пока спецификации были разработаны и опубликованы для композитных арматуры в конце 1990-х годов. Busel, директор ACMA в композитов роста инициативы, был в течение 12 лет секретарем, а затем председателем Американского института бетона (ACI, Фармингтон Хиллз, штат Мичиган.) Комитет 440 - FRP Укрепление, в то время, что группа разработала свои новаторские спецификации и руководство по дизайну для арматуры FRP.
"Далее с продуктами, которые не поддерживаются тестированием и исследованиями просто не работает с инженерами-строителями", объясняет Busel. "Это занимает много данных, чтобы убедить их, и получение, что требует времени". С учетом этой реальности Комитет 440 был создан в начале 90-х годов и занимает почти десять лет для разработки первого издания, опубликованного в 1999 году, обновленного в 2006 году, с еще одним обновлением, которое должно быть представлено в 2012 году. "Теперь у вас есть стандарты, которые архитекторы, инженеры и подрядчики могут вложить в свои планы по всему миру", говорит Busel, отметив, что "ACI 440.1R оказался одним из самых известных и наиболее используемых спецификаций руководства в мире и, безусловно, стоит все работы".
"ACI 440 была чрезвычайно динамичной и активной ассоциацией", отмечает давний коллега Бузеля Дуг Гремель. «Мы не дискриминировали ни где бы нигде в мире. Если мы можем взять его и включить его в наши коды, мы делаем это ". Гремель — директор non-Metallic Reinforcing в Компании Hughes Brothers Inc., директор дочерней компании HughesАслан Пасифик Лтд.(оба Сьюарда, Неб.) и председатель комитета по управлению в Омахе, штат Небраска на основе Композитных изолированных бетонных систем ООО - добавляет: "У нас нет гордости собственности, когда дело доходит до этих знаний".
Несмотря на рост научно-экономического опыта и опыта в середине-конце 1990-х годов, рост использования арматуры FRP был медленным. Первая американская установка не появилась до 1996 года в McKinleyville / Буффало-Крик-Бридж в Брукс Каунти, штат Вирджиния FRP арматура, наконец, получил тягу в Северной Америке после его включения в канадский код моста шоссе, где он стал решением по умолчанию для борьбы с коррозией, вызванной суровой погодой Канады. Это, в свою очередь, привело к работе Американской ассоциации государственных автомобильных дорог и транспортных чиновников (AASHTO) по разработке спецификаций для использования стекла FRP (GFRP) бетонные палубы и движения перил. С этого момента, Министерство транспорта США (DoT) инженеров и спецификаторов были свои собственные проект руководства идти вместе с ACI 440. В результате, говорит Бузель, Канада и США вместе теперь имеют почти 400 мостов с арматурой FRP в некоторых аспектах их строительства. Европейские установки растут, но более медленными темпами.
Gremel - чей работодатель, Hughes Brothers, является глобальным поставщиком арматуры FRP - говорит, что стандарты образуют объективную основу для обеспечения качества. "Мы должны предоставить производственные лот сертификаты в качестве доказательства того, что любой данный "мельница перспективе" арматуры отвечает или превышает свойства, названные в стандартах ASTM", говорит он. "Мы делаем напряженный модуль и деформации испытаний на каждом участке мы запускаем, так же, как стальные ребята".
Прогресс гражданского инженерного сообщества в направлении комфорта с арматурой FRP может быть медленным, но это не препятствует поиску новых подходов к его производству, которые могли бы, как показывают следующие примеры, сделать следующее поколение композитной арматуры гораздо более привлекательной альтернативой стали.
